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Le sujet comporte les pages numérotées de 1/15 à 15/15 PREMIER SUJET Répondre ou entourer la où les réponses exactes I-1- Quelle est approximativement la masse volumique moyenne du corps humain ? − 3M = 1000 kg . m V I-2- Une prise électrique est connectée aux trois fils du réseau électrique, un bleu, un rouge et un bicolore jaune et vert. rouge La phase est le fil : bleu bicolre bleu Le neutre est le fil : rougebicolore La terre est le fil : bleu rouge Pour une installation électrique en bon fonctionnement : Quelle est la tension efficace entre la phase et le neutre ? U = 230 V PN Quelle est la tension efficace entre le neutre et la terre ? 0 VU = NT I-3- La Russie a ratifié le protocole de Kyoto en novembre 2004. Cet accord engage ses signataires à diminuer la production de différents gaz responsables de l’effet de serre. Citer deux de ces gaz : CO CH NO et ou 2 4 2 I-4- Compléter la phrase suivante : d' ARCHIMEDELa poussée est une force verticale et ascendante dont la norme est FLUIDE égale au poids du déplacé. I-5- Quels sont les deux pays postulants à l’accueil du projet international ITER concernant la fusion nucléaire ? France Japon Allemagne Chine Etat Unis Russie I-6- Dans la liste suivante, quels sont les matériaux qui ne contiennent pas l'élément carbone : bronze laiton quartz Aluminium PVC plexiglas graphite ...
Publié le : jeudi 21 juillet 2011
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Le sujet comporte les pages numérotées de 1/15 à 15/15 PREMIER SUJET Répondre ou entourer la où les réponses exactes I-1- Quelle est approximativement la masse volumique moyenne du corps humain ? − 3M = 1000 kg . m V I-2- Une prise électrique est connectée aux trois fils du réseau électrique, un bleu, un rouge et un bicolore jaune et vert. rouge La phase est le fil : bleu bicolre bleu Le neutre est le fil : rouge bicolore La terre est le fil : bleu rouge Pour une installation électrique en bon fonctionnement : Quelle est la tension efficace entre la phase et le neutre ? U = 230 V PN Quelle est la tension efficace entre le neutre et la terre ? 0 VU = NT I-3- La Russie a ratifié le protocole de Kyoto en novembre 2004. Cet accord engage ses signataires à diminuer la production de différents gaz responsables de l’effet de serre. Citer deux de ces gaz : CO CH NO et ou 2 4 2 I-4- Compléter la phrase suivante : d' ARCHIMEDELa poussée est une force verticale et ascendante dont la norme est FLUIDE égale au poids du déplacé. I-5- Quels sont les deux pays postulants à l’accueil du projet international ITER concernant la fusion nucléaire ? France Japon Allemagne Chine Etat Unis Russie I-6- Dans la liste suivante, quels sont les matériaux qui ne contiennent pas l'élément carbone : bronze laiton quartz Aluminium PVC plexiglas graphite nylon acier CONCOURS GEIPI 2005 1/15 PHYSIQUE DEUXIEME SUJET (Donner les réponses sur le document réponse page 3) Un émetteur émet des ondes acoustiques de façon continue. Deux récepteurs, disposés sur le trajet des ondes et distants de D = 36 mm, permettent d’enregistrer le signal émis et de le visualiser sur l’écran d’un oscilloscope. Le dispositif expérimental est schématisé ci-dessous. D = 36 mm émetteur voie 1 voie 2 récepteur 1 récepteur 2 On observe à l’oscilloscope le signal reçu par le récepteur 1 ; il est reproduit ci-dessous, la vitesse de balayage V étant de 50 µs / div : b On rappelle que la célérité des ondes acoustiques dans l’air dans les conditions atmosphériques moyennes -1est c = 340 m.s . II-1- Déterminer la fréquence des ondes utilisées dans cette expérience. II-2- Quelle est la nature des ondes utilisées dans cette expérience ? II-3- Déterminer leur longueur d’onde λ . II-4- Représenter sur la figure représentant l’écran de l’oscilloscope le signal reçu par le deuxième détecteur (on considérera que l’amplitude du signal est la même au niveau des deux récepteurs). II-5- Que se passe-t-il si l’on ajoute les deux signaux reçus par les deux détecteurs ? Les deux récepteurs sont maintenant disposés parallèlement côte à côte, espacés d’une distance L = 60 mm. L’émetteur est placé à grande distance dans une direction inclinée d’un angle θ par rapport à l’axe des récepteurs (voir figure ci-dessous). Direction de l'émetteur θ d L II-6-a- Quelle est la différence de trajet d entre les signaux reçus par les deux détecteurs ? II-6-b- Quelle relation l’angle θ doit-il vérifier pour que la somme des deux signaux puisse être nulle ? En déduire pour quelle valeur de l’angle la somme des deux signaux peut être nulle. CONCOURS GEIPI 2005 2/15 PHYSIQUE DOCUMENT REPONSE AU DEUXIEME SUJET 1 4,7 k HzII-1- Expression littérale : f = Valeur numérique : f = T II-2- ultrasons infrarouge son grave micro-ondes son aigu infrasons (entourer la réponse exacte) cII-3- Expression littérale : λ = Valeur numérique : λ = 72 mm f II-4- II-5- La somme de ces deux signaux en opposition est nulle II-6-a- Expression littérale : d = L sin θ λ II-6-b- Relation littérale : = L sin θ 2 0,63 rad Valeur numérique : θ = CONCOURS GEIPI 2005 3/15 PHYSIQUE TROISIEME SUJET (Donner les réponses sur le document réponse page 5) On utilise le montage ci-dessous comportant une résistance R, un condensateur déchargé C et un moteur M. Ce moteur peut entraîner une poulie permettant de soulever, à l’aide d’un fil, une masse m sur une hauteur h. u AB RA K i Uu 0R a uAB u MC C b B t t0 1 L’interrupteur K étant ouvert, on applique entre les bornes A et B la tension u dont l’évolution en créneau de AB durée t , est représentée en fonction du temps. 1 Données : R = 1 kΩ, C = 1000 µF et U = 12 V. 0 III-1- En supposant que t →,∞ choisir parmi les cinq courbes ci-dessous, celle qui représente l’évolution en 1 fonction du temps t : a) De la tension u aux bornes du condensateur dont on donnera la valeur numérique maximale atteinte c U ; CM b) De la tension u aux bornes de la résistance dont on donnera la valeur numérique maximale atteinte R U ; RM c) Du courant i dans le circuit dont on donnera la valeur numérique maximale atteinte I . M I II III IV V t t t t t III-2- Donner l’expression littérale et la valeur numérique de la constante de temps τ de ce circuit. III-3- Choisir parmi les réponses proposées, la plus faible valeur de durée t du créneau permettant à la tension 1 u d’atteindre 99% de la valeur U . CMc On applique maintenant le créneau de tension u durant t = 100 s. On ferme alors l’interrupteur K. Le moteur AB 1 soulève la charge m = 10 g sur une hauteur h = 0,35 m et s’arrête. La tension du condensateur dans ces conditions -2a pour valeur U = 4, 8 V. On donne g = 10 m.s . CA III-4- Déterminer, au moment de la fermeture de l’interrupteur K, la valeur : a) q de la charge atteinte par l’armature a du condensateur ; a b) q de la charge atteinte par l’armature b du condensateur ; b c) E de l’énergie emmagasinée par le condensateur. CE III-5- Calculer, en fin d'ascension de la charge, l’énergie E restant emmagasinée dans le condensateur, l’énergie CA E fournie par le condensateur au moteur et l’énergie E communiquée par le moteur à la charge. CF M Comparer E et E et conclure. CF M CONCOURS GEIPI 2005 4/15 PHYSIQUE DOCUMENT REPONSE AU TROISIEME SUJET III-1- Représentation de l’évolution : (Entourer la réponse choisie) b) Tension u c) Courant ia) Tension u R c I II III IV V V VI II III IV I II III IV 12 V 12 V 12 mAU = U = I = CM RM M III-2- Constante de temps : RC 1 s Expression τ = Valeur τ = III-3- Choix de la valeur de t : 1 (Entourer la réponse choisie) 4,61 s 0,03 s 0,12 s 1,93 s 3,37 s 5,00 s 9,47 s 15,6 s a) b) c) 12 mC - 12 mC 72 mJq = q = E = III-4- Valeurs numériques a b CE 11, 5 mJ 60,5 mJ 35 mJE = E = E = III-5- Valeurs numériques CA CF M Comparaison énergétique et conclusion : EM = 58 % : rendement du moteur électrique ECF Ce rendement est passable (trop de perte) CONCOURS GEIPI 2005 5/15 PHYSIQUE Æ QUATRIEME SUJET (Donner les réponses sur le document réponse page 7) On se propose d’étudier la réaction de formation de l’ester de formule semi-développée : HCOOCH (CH ) CH2 2 2 3 Pour ce faire, on réalise à l’instant t = 0 un mélange équimolaire d’un acide carboxylique AH et d’un alcool noté ROH ; ce mélange est porté à reflux. èmeToutes les 10 minutes, on prélève 5% (soit 1/20 ) du milieu réactionnel. Ce prélèvement est ensuite dosé par une solution molaire d’hydroxyde de sodium (NaOH) selon le protocole suivant : a) ajout de 50 mL d’eau glacée b) 3 gouttes d’indicateur coloré -1 c) dosage au moyen d’une burette par une solution aqueuse : [NaOH] = 1 mol.L . - -La réaction de dosage est instantanée et peut être considérée comme totale : AH + OH A + H O 2 Le résultat de ces analyses permet de tracer la courbe donnant l’évolution de la quantité totale d’acide au cours de la réaction : Evolution de la quantité totale d’acide carboxylique en fonction du temps IV-1- Ecrire l’équation bilan de la réaction d’estérification. IV-2- Donner le nom systématique de l’ester formé. IV-3- Calculer la masse molaire de l’ester. IV-4- Tracer l’allure de la courbe n = f(t) donnant l’évolution de la quantité d’ester en fonction du temps. E IV-5- Déterminer la vitesse instantanée de formation de l’ester au bout d’une heure de reflux. IV-6- Calculer la constante d’équilibre de la réaction de dosage. IV-7- Déterminer le volume équivalent de soude versé pour le sixième dosage (à t = 60 min). IV-8- Donner la valeur du rendement final de l’estérification. IV-9- Comment augmenter la vitesse sans modifier le rendement final par rapport à l’acide ? (Choisir une ou plusieurs réponses dans le document réponse). : Données -1 -1 -1 -1M = 1 g.mol ; M = 12 g.mol ; M = 16 g.mol ; M = 23 g.mol ; H C O Na + -pKa (H O / H O) = 0 ; pKa (HCOOH / HCOO ) = 3,8 ; pKe = 14 3 2 CONCOURS GEIPI 2005 6/15 PHYSIQUE DOCUMENT REPONSE AU QUATRIEME SUJET IV-1- Equation bilan : HCOOH + CH (CH ) CH OH ⎯ ⎯→ HCOOCH (CH ) CH + H O 3 2 2 2 2 2 2 3 2 − 1IV-2- Nom Ester : méthanoate de n − butyle 102 g .molIV-3- Masse molaire : IV-4- Évolution de la quantité d’ester en fonction du temps. − 3 − 12, 5 10 mol .minIV-5- Vitesse de formation Ester : v (1 heure) = 10IV-6- Constante d’équilibre K = 1, 6 10 IV-7- Volume de soude V =17, 5 m L 67 %IV-8- Rendement final ρ = IV-9- (Entourer la ou les réponses exactes) Augmenter la quantité d’acide Augmenter la quantité d’alcool Augmenter la température Utiliser un catalyseur Ajouter de l’eau CONCOURS GEIPI 2005 7/15 PHYSIQUE CINQUIEME SUJET (Donner les réponses sur le document réponse page 9) Etude de la force d’attraction gravitationnelle. La Terre peut être considérée comme un corps à symétrie sphérique de m centre O de rayon R et de masse M. r Soit un objet ponctuel de masse m, situé en A distant de r du centre A de la Terre. O u G : constante de gravitation. → u : vecteur unitaire dirigé de O vers A. → F : force d’attraction gravitationnelle appliquée à l’objet de masse m → → → V-1-a- Exprimer le vecteur champ de pesanteur g , défini par F = m . g , en fonction de r. → V-1-b- Exprimer la norme du champ de pesanteur g = g à la surface de la Terre. 0 0 Etude du mouvement circulaire uniforme. vy t A n u xO Soit un point A animé d’un mouvement plan circulaire de rayon r, à la vitesse v constante. → V-2- Donner l’expression de l’accélération a dans le cas d’un mouvement circulaire uniforme. Etude des satellites terrestres. Le mouvement circulaire uniforme est aussi une solution exacte de l’équation qui régit le mouvement des satellites terrestres. V-3-a- Exprimer la vitesse v en fonction de r. V-3-b- Exprimer la période T de rotation autour de la Terre en fonction de r. CONCOURS GEIPI 2005 8/15 PHYSIQUE CINQUIEME SUJET (SUITE) (Donner les réponses dans le cadre prévu ci-dessous) Cas du satellite géostationnaire. On rappelle que ces satellites parcourent dans le référentiel géocentrique, un cercle équatorial, décrit d’Ouest en Est, avec une vitesse angulaire de révolution égale à celle de la Terre. Pour déterminer le jour sidéral, on retient que la Terre tourne autour d’elle et autour du Soleil dans le même sens. V-4-a- La Terre doit-elle faire autour d’elle-même pour que le Soleil reviennent au zénith : plus d’un tour, moins d’un tour ou un tour exactement ? V-4-b- En un an, la Terre aura fait combien de tours sur elle-même par rapport à un repère Galiléen ? V-4-c- Déterminer l’altitude z de ces satellites. On rappelle que r = R + z . Données : -2Champ de pesanteur moyen g = 9,81 m.s 0 Rayon de la Terre : R = 6 380 km. Jour sidéral T = 86 164 s DOCUMENT REPONSE AU CINQUIEME SUJET → G M → uV-1-a- Champ de pesanteur g = 2r G M V-1-b- Champ de pesanteur g = 0 2R 2→ v → V-2- Accélération a = n R G M V-3-a- Vitesse v = r 3r V-3-b- Période T = 2 Π G M V-4-a- (entourer la réponse exacte) plus d'un tour moins d’un tour un tour 366,25V-4-b- Nombre de tours = 335, 8 10 kmV-4-c- Altitude z = CONCOURS GEIPI 2005 9/15 PHYSIQUE SIXIEME SUJET (Donner les réponses sur le document réponse page 11) 222 −Le radon Rn fait partie d’une famille radioactive qui, par une série d’émissions α et β , aboutit au 86 206 plomb Pb . 82 A VI-1- Ecrire l’équation de la réaction nucléaire représentant l’émission α par des noyaux X . Z A −VI-2- Ecrire l’équation de la réaction nucléaire représentant l’émission β par des noyaux X . Z −VI-3- En déduire le nombre de désintégrations α et β émises pour passer du Rn 222 au Pb 206. 222 On prépare un échantillon de 1 mg de Rn et on mesure la décroissance dans le temps de la masse m du 86 radon restant : t (jour) 0 1 2 3 4 5 m (mg) 1 0,83 0,69 0,58 0,48 0,40 VI-4-a- A l’aide des données du tableau, donner l’ordre de grandeur de la demi-vie t du radon 222. 1 2 VI-4-b- Tracer le graphe de ln (m) = f(t) . Indiquer la nature de la courbe obtenue. En déduire la constante radioactive λ du radon 222 puis sa demi-vie. VI-5- Calculer l’activité A de l’échantillon de radon à t = 0. 0 ler la masse m et l’activité A de l’échantillon de radon à t = 10 jours. 10 10 Données : -1 Masse molaire du radon 222 : M = 222 g.mol 23 -1 Nombre d’Avogadro : N = 6,02 10 molA CONCOURS GEIPI 2005 10/15 PHYSIQUE
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