Février 2011 : contrôle de Physique de niveau Seconde

M.Douezy

Description

Avec correction. Ds 2- 4-2-11
Devoir Surveillé (DS) en Physique (2011) pour Seconde

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Extrait

Lycée Itec Boisfleury

M.AUGIER, J-F. DOUEZY ; O.MEUNIER ; J.MISTRAL ; S.TERREYRE

DS n°3

Vendredi 4 février 2011

 Durée : 2 h 00 Calculatrice autorisée

3 24-11 2-2 -130 Données: R Terre ; m=6,38.10 km Terre =5,97.10 kg ; N.m .kgG = 6,67.10; m; g= 9,81 N.kg soleil ;=1,99.10 kg 8 -27-19 D Terre-Soleil = 1,50.10 km; m nucléon C=1,67.10 kg; e= 1,6.10

Exercice 1 : Forces et diagramme objets interactions

/10,5

Pour chaque système décrit ci-dessous : 1. Fairel’inventaire des forces (réponse possible sous forme de diagramme objet-interaction). 2. Reproduireles schémas sur la copie et représenter les forces agissant sur les systèmes étudiés sans soucis d’échelle. Vous donnerez les caractéristiques de chacune des forces (point d’a lication,direction, sens

Exercice 2 : Le parachutiste

/7,5

Un parachutiste tombe sans ouvrir son parachute. Son mouvement par rapport à la terre est vertical et uniforme. 1. Quellessont les forces qui s’exercent sur le parachutiste ? 2. Donnerles caractéristiques de ces forces, sachant que la masse du parachutiste et de son équipement est m = 92 kg. Détailler le raisonnement. 3. Représenterces forces sur un schéma, en précisant l’échelle. 4. S’approchantdu sol, le parachutiste ouvre son parachute. a. Commentévolue sa vitesse de chute ? b. Quelleaction est responsable de cette évolution (donner ses caractéristiques) ? -1 5. Sile parachutiste n’ouvre pas son parachute, sa vitesse peut atteindre jusqu’à55,6 m.s; convertir -1 cette vitesse en km.h.

Exercice 3 : La station spatiale internationale (ISS)

/12

Le 9 mars 2007, Ariane 5 a mis sur orbite un véhicule spatial permettant de ravitailler la station spatiale internationale (ISS). L’ISS décrit une orbite circulaire à l’altitude h = 400 km par rapport à la surface de la Terre. Dans le référentiel géocentrique, elle fait le tour de la Terre en 90 minutes. La masse 5 de l’ISS est de 2,46.10kg.

1.Rappeler ce qu’est le référentiel géocentrique. 2.Exprimer la force exercée par la Terre sur l’ISS en indiquant les unités et calculer sa valeur. En déduire la valeur de la force de l’ISS sur la terre. 3.Représenter ces forces sur un schéma,en précisant l’échelle. 4.Calculer la valeur de la force exercée par le soleil sur la terre. La comparer avec celle exercée par le satellite. -1 5.Calculer la vitesse moyenne de la station spatiale dans le référentiel géocentrique en m.s.

Exercice 4 : Mouvement d’un solide sur une table inclinée

/8

On lâche un mobile autoporteur sur une table inclinée et on enregistre les positions successives d’un point M de ce mobile. Entre deux positions enregistrées, il s’estécouléune duréeDt=40 ms.

1°/ Numéroter les positions de M, en commençant par 0.  Déterminer la nature du mouvement du point M. Justifier t 4 et t 18 2°/ Calculer la vitesse instantanée aux dates 3°/ Enoncer le principe d’inertie. Que peut-on en conclure ?

Exercice 5 : L’élément silicium

Les laves émises lors des éruptions volcaniques ont des compositions variées. La viscosité d’une lave dépend de sa teneur en silice, dont l’un des constituants est le silicium. Si la teneur en silice de la lave est importante, elle est très visqueuse sinon la lave est fluide.

Le silicium a pour numéro atomique Z=14.

1. Donnerle nombre d’électron en justifiant. 2. Etablirla structure électronique d’un atome de silicium. 3. Endéduire la période et la colonne de la classification auxquelles cet élément appartient. Justifier

/5

Exercice 6 : L’or/7 -17 Un atome d’or, de symbole Au, possède 197 nucléons. La charge de son noyau estqC.= 1,26.10

1. Quelest son numéro atomique Z ? 2. Donnerl’écriture symbolique de l’atome d’or. 3. Calculerla massemde l’atome d’or. 4. Déterminerle nombre d’atomes présents dans un lingot d’or de massem’= 1,0 kg.

Aide : la charge du noyau est proportionnelle à la charge élémentaire e, le coefficient de proportionnalité est un nombre entier égal au nombre de particule élémentaire chargée dans le noyau.

DS 4/2/11 corrigé Exercice 1 : 1. Diarammes objet-interactionour chacun des cas : ressort Terreplafond

boule

Terre

ressort

boule

2. Schémas des forces pour chacun des cas :

sol

skieur

Terre

sol

F T fr R P P R B P B S Caractéristiques des forces (direction, sens, valeur, point d’application) : Le poids P de la boule : verticale, vers le bas, P B = mg, système {boule}. B La tensiondu ressort : verticale, vers le haut, T, système {boule}. T La forceexercée par la boule sur le ressort : verticale, vers le bas, B, système {ressort}. B Le poids P du ressort : verticale, vers le bas, P R = mg, système {ressort}. R La forceexercée par le plafond (ou par la potence) : verticale, sens, F, système {ressort}. F Le poids P du skieur : verticale, vers le bas, P S = mg, système {skieur}. S La réactionde la piste : perpendiculaire à la piste, vers le haut, R, système {skieur}. R Les frottements fr : parallèle à la piste, vers le haut, fr, système {skieur}.

Exercice 2 : 1. Forces exercées sur le parachutiste : Le poidsdu parachutiste et les frottements de l’air fr . P 2. Caractéristiques des forces : rott poids P f ements fr Sens : vers le basSens : vers le haut Direction : verticaleDirection : verticale Point d’application : centre de gravitéPoint d’application : centre de gravité 2 2 Norme : P = mg = 92 x 9,81 = 9,0.10N Norme: fr = P = 9,0.10N Le mouvement du parachutiste est vertical uniforme donc, d’après le principe d’inertie (énoncé dans l’exercice 4), les forces qui s’exercent sur le parachutiste se compensent : P#fr1 fr = P.0 donc 3. Schéma : Cf. ci-contre (une échelle utilisable : 1cm400 N).

fr

P

4. a) La vitesse diminue quand le parachutiste ouvre son parachute. b) Il s’agit des forces de frottements (sens : vers le haut, direction : verticale, point d’application : centre de la surface de contact) 5. Calcul de la vitesse limite : -3 3 v = 55,6 m/s = 200.10km/h = 200.10x 36000 = 200 km/h.

Exercice 3 : 1. Référentiel géocentrique : l’origine du repère est le centre de la Terre à partir duquel partent 3 axes chacun pointant vers une étoile fixe. Il sert à étudier les mouvements des satellites de la Terre. 2. Force exercée par la Terre sur l’ISS : 24 5 m Terre ´ m ISS % 11 5,97. 10 ´ 2,46. 10 6 F F Gx2,13. 10N Terre/ISS 1 ISS/Terre 1 ´ 2 1 6,67. 10 23 3 1 D((400 # 6,38. 10). 10) Avec -11 -2 G : constante de gravitation universellede valeur G= 6.67×10N.m².Kg D : distance entre C Terre et C ISS en m m Terre et m ISS en kg F Terre/ISS en N. 3. Schéma Terre F Terre/ISS F ISS ISS /Terre 6 Echelle : 1 cm«10 N 4. Force exercée par le Soleil sur la Terre : 24 30 m Terre ´ m Soleil % 11 5,97.10 ´ 1,99. 10 22 F / G x3,52. 10 Soleil Terre 1 ´ 2 1 6,67. 10 8 32 1 . D)((1,50. 10). 10 terre % Soleil 16 On a que F soleil/terre =10 F ISS/terre (en ordre de grandeur) donc la force exercée par l’ISS sur la Terre est négligeable par rapport à la force exercée par le Soleil sur la Terre. 5. Vitesse moyenne de l’ISS dans le référentiel géocentrique : 3 3 d2 p´ R2 p´ (400 # 6,38. 10). 10) 3 -1 V 1 11 1 7,9. 10m.s . D t D t90 ´ 60

Exercice 4 : 1. Nature du mouvement : Mouvement rectiligne accéléré car, pour une même durée entre les points, la distance augmente et la trajectoire est rectiligne. 2) Calcul des vitesses instantanées en M 4 et M 18 : %2 d0,7.10 -2 -1 v1 118,7.10 m.s 4 % 3 2xDt80.10 %2 d2, 5.10 -1 -1 v1 113,1.10 m.s 18 %3 2xDt80.10 3) Principe d’inertie : «Tout corps persévère dans son état de repos ou de mouvement rectiligne uniforme si les forces qui s’exercent sur lui se compensent.», on en déduit que les forces qui s’appliquent sur M ne se compensent pas car le mouvement de M n’est pas rectiligne uniforme.

Exercice 5 : 1. Nombre d’électrons : Comme un atome est électriquement neutre, il y a autant de protons que d’électrons. Il y a donc 14 électrons. 2. Structure électronique du silicium : 2 84 (K) (L) (M) 3. Place du silicium dans la classification

ème ème Il est donc situé dans la 3période car il a trois couches électroniques et dans la 4colonne car il a 4 électrons externes.

Exercice 6 : 1. Numéro atomique de l’or : %17 q1, 26.10 Z11 179 . Il y a donc 79 protons. 19 e1, 6.10 197 2. Symbole de l’atome d’or : 79 Au 3. Masse m de l’atome d’or : La masse des électrons étant négligeable devant celle du noyau, -27 -25 m = A x m nucléon = 197 x 1,67.10= 3,29.10kg. 4. Nombre d’atomes dans un lingot d’or d’un kilogramme : m' 1 24 Nbatome11 1atomes3, 0.10 %25 m 3,29.10 Au