Mars 2011 : contrôle de Physique de niveau Seconde

M.Douezy

Description

Avec correction. Ds 18-3-11
Devoir Surveillé (DS) en Physique (2011) pour Seconde

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Extrait

DS 2° PHYSIQUE-CHIMIE vendredi18 mars 2011

Durée : 2 heures ; calculatrice autorisée ; la dernière feuille est à rendre avec la copie.

Exercice 1 /5): ( Les corps de la liste suivante sont soumis à plusieurs forces. Ces forces se compensent-elles? Justifier chaque réponse ; énoncer le principe d’inertie (une seule fois suffit) a) sous-marin immobile à 50m de profondeur. b) fusée pendant sa phase d'accé1eration. c) pierre attachée à un fil en rotation. d) javelot au cours d'un lancer. e) voiture roulant en ligne droite à vitesse constante.

Exercice 2 : (/3) Un camionneur étourdi oublie de sangler son chargement de bottes de paille avant de prendre -1 la route. Sur la ligne droite juste avant la sortie du parking, il roule à 40 km.hpar rapport au sol. Dans l'ensemble de l'exercice, les frottements de l'air sont négligés. 1) Quelles sont les forces qui s'exercent sur l'ensemble des bottes de paille ; les représenter sur un schéma. 2) A la fin de la ligne droite se présente un virage à gauche ; l'ensemble du chargement de paille du camion tombe sur la chaussée quand le camion amorce le virage ; de quel côté de la route le chargement tombe-t-il ? Justifier la réponse.

Exercice 3 : (/5) On réalise trois chronophotographies d'une bille en mouvement dans l'air. Les enregistrements ont été réalisés après avoir lancé ou lâché la bille. Une chronophotographie est un ensemble de photos d’un même objet prises à des intervalles de temps identiues. 1

Sens du mouvement

2

3

On néglige la poussée d'Archimède et le frottement de l'air au cours du mouvement. 1) Préciser dans chaque cas comment a été réalisé le mouvement. 2) Donner dans chaque cas les caractéristiques de la (ou les) force (s) s'exerçant sur la bille au cours du mouvement. 3) Qualifier chacun des mouvements.

Exercice 4 : (/9) 5 5 Deux pétroliers A et B de masses respectives m A = 5,3.10tonnes et m B = 4,2.10tonnes sont immobiles l'un près de l'autre. (Une tonne vaut 1000 kg). La distance entre les deux points d'application des forces d'interaction gravitationnelle qu'ils subissent est de d = 96 m. 1) Donner l'expression de la force gravitationnelle qui s'exerce entre les deux pétroliers. -11 Préciser les unités. G = 6,67.10(S.I.) 2) Calculer à partir de l'expression précédente la valeur de cette force. 3) Représenter à l'échelle et nommer la force gravitationnelle qui s'exerce sur chacun des pétroliers A et B. 3 -Echelle : 1 cm représente 10N. 4) On considère le pétrolier A. Faire l’inventaire des forces subies par le pétrolier. Les nommer. 5) Représenter (sans se soucier de l'échelle) les forces qui s'exercent sur le pétrolier. Pourquoi ne peut-on pas représenter le poids, ni la poussée d'Archimède à l'échelle précédente ? 6) Sachant que le pétrolier est toujours immobile, en utilisant le principe d'inertie (et la réponse de la question 5), déduire la valeur de la poussée d’Archimède. -1 On donne : g = 9,8 N.kg.

Exercice 5 : (/6) 1) Rappeler l'expression de la force de gravitation qui s'exerce sur un corps de masse m, placé au niveau du sol, à la surface de la terre. 2) Rappeler l'expression du poids de ce corps de masse m. 3. a) Exprimer l'intensité de la pesanteur g T , au niveau du sol terrestre, en fonction de G, m T et R T . 3. b) Calculer g T . 3. c) Calculer le poids d'un homme de masse m = 80 kg, au niveau du sol terrestre. 4) Répondre aux mêmes questions au niveau du sol de Mars. -11 Données:Constante de gravitation universelle : G = 6,67.10S.I., masse de la Terre: m T = 24 323 6,0.10 kg,rayon de la Terre: R T km, masse de Mars: m= 6,4.10 M = 6,4.10kg, rayon de 3 Mars: R M = 3,4.10km

2°.. NOM:

Exercice 6 : (/12) 1. En donnant la structure électronique des atomes C (Z = 6), H (Z = 1), O (Z = 8), Cl (Z = 17) et N (Z = 7), dénombrer les liaisons de chacun de ces atomes. Justifier. 2. La molécule d’acide nitreux a pour formule HNO 2 . Pour chaque formule ci-dessous, dire si elle est correcte ou fausse et justifier la réponse.

3. On donne les formules incom

lètes suivantes :

3. a. Compléter ces formules sans modifier l’enchaînement donné et sans rajouter d’atomes. 3. b. Ces molécules correspondent-elles à des isomères ? Expliquer en donnant la définition de l’isomérie. 4. Donner tous les isomères correspondant à la formule C 2 H 4 Cl 2 (2 isomères) puis à la formule C 5 H 12 (3 isomères).

Exercice 7 /10): ( 1. Dans chacune des molécules ci-dessous, entourer et nommer les groupes caractéristiques. Molécule AMolécule BMolécule C

Molécule D

Molécule E

Molécule F

2. L’une de ces molécules est donnée sous sa formule développée : quelle est cette molécule ? Donner sa formule brute. 3. A l’aide des informations ci-dessous, retrouver le nom de chacune des molécules : L’eugénol, l’éphédrine et le paracétamol comportent chacun un groupe hydroxyle ; parmi ces trois molécules, l’eugénol contient le plus grand nombre d’atomes de carbone et la paracétamol le plus petit nombre. Le piracétam comporte deux groupes identiques. La lidocaïne comporte deux groupes dont le nom diffère d’une seule lettre. L’acide acétylsalicylique est la molécule contenant le plus d’atomes d’oxygène.

DS 2° corrigé 18 mars 2011

Exercice 1 : Enoncé du principe d’inertie : un système persévère en son état de repos ou de mouvement rectiligne uniforme si les forces qui s’exercent sur lui se compensent. a) Le sous-marin est immobile donc, d’après le principe d’inertie, les forces qui s’exercent sur lui se compensent. b) La fusée accélère donc sa vitesse n’est pas constante donc son mouvement n’est pas uniforme donc, d’après le principe d’inertie, les forces qui s’exercent sur elle ne se compensent pas. c) La trajectoire de la pierre est circulaire donc son mouvement n’est pas rectiligne donc, d’après le principe d’inertie, les forces qui s’exercent sur elle ne se compensent pas. d) La trajectoire d’un javelot au cours d’un lancer n’est pas rectiligne (il finit par retomber) donc, d’après le principe d’inertie, les forces qui s’exercent sur lui ne se compensent pas. e) Le mouvement est rectiligne (ligne droite) et uniforme (vitesse constante) donc, d’après le principe d’inertie, les forces qui s’exercent sur elle se compensent.

Exercice 2 : 1) Les forces qui s’exercent sur le chargement sont le poidset la réaction du support. Le P R chargement étant immobile, d’après le principe d’inertie, ces deux forces se compensent. 2) Le chargement va tomber du côté droit de la route : d’après le principe d’inertie, si les forces se compensent alors le mouvement est rectiligne uniforme ; le chargement continue dans la direction de la ligne droite.

Exercice 3 : 1) 1 : la bille est lâchée (sans vitesse initiale) ; 2 : la bille est lancée verticalement vers le haut (vitesse initiale vers le haut) ; 3 : la bille est lancée obliquement vers le haut (vitesse initiale oblique). 2) La poussée d’Archimède et le frottement de l’air étant négligés, seul le poids agit sur la bille dans chacun des cas. Le poids a pour caractéristiques : direction verticale, sens descendant, norme P = mg et point d’application : le centre de la bille. 3) 1 : mouvement rectiligne accéléré ; 2 : mouvement rectiligne décéléré ; 3 : mouvement curviligne parabolique (non rectiligne) et non uniforme (uniforme sur l’horizontale).

Exercice 4 : 1) Expression de la force gravitationnelle F qui s’exerce entre les deux pétroliers : m.m A B F1G F est en N, m . où A et m B en kg et d en m. d² 3 2) On a alors F = 1,6.10N. 3) On a F A/B = F B/A = F et F1 %F . A/B B/A A B F B/A A/B 4) Inventaire des forces s’exerçant sur le pétrolier A : Force exercée par l’eau : la poussée d’Archimède P , force exercée par la Terre : le poids du a pétrolier Aet la force gravitationnelle exercée par le pétrolier B : F . P B/A 5) Représentation des forces : P a F B/A N et P = m= F = 1,6.10 A N.01.2,5=g A . F B/A 3 9 Pour respecter l’échelle, il faudrait que P soit 3, 25 millions de P fois plus grand que F B/A .

6) F B/A est négligée devant P et Pa ; le pétrolier A étant immobile, on peut dire, d’après le principe d’inertie, que les forces qui s’exercent sur lui se compensent : 9 P = Pa = m A .g = 5,2.10N.

Exercice 5 : 1) L'expression de la force de gravitation qui s'exerce sur un corps de masse m, placé au 2 niveau du sol, à la surface de la terre est F T = G.m T .m/ R T . 2) L'expression du poids de ce corps de masse m est P T = m.g 3. a) Expression de l'intensité de la pesanteur g, au niveau du sol terrestre, en fonction de G, 2 m T et R T : on a F T = P T d’où g = G.m T / R T . -1 3. b) Ainsi, on a g = 9,8 N.kg. 3. c) Le poids d'un homme de masse m = 80 kg, au niveau du sol terrestre est : 2 P = m.g = 7,8.10N. 2 4) Au niveau du sol de Mars, on a F M = G.m M .m/ R M . P M = m.g M où g M est l’intensité de la pesanteur au niveau du sol martien : 2 -1 g M = G.m M / R M .= 3,7 N.kg 2 Le poids d’un homme de masse m = 80 kg est donc P M = m.g M N.= 3,0.10

Exercice 6 : 1. Structure électronique des atomes C (Z = 6), H (Z = 1), O (Z = 8), Cl (Z = 17) et N (Z = 7) : 2 41 26 28 72 5 6 C : (K) (L); 1 ;H : (K) 8 ;O : (K) (L) 17 ;Cl : (K) (L) (M) 7 N : (K) (L) . Chaque atome tend à avoir 8 (ou 2 pour l’hydrogène) électrons sur sa couche externe pour être stable (respecter la règle de l’octet (ou du duet pour l’hydrogène)) : le nombre d’électrons manquant est donc le nombre de liaisons que formera l’atome. Ainsi, le carbone formera 4 liaisons, l’hydrogène : 1 liaison, l’oxygène : 2 liaisons, le chlore : 1 liaison et l’azote : 3 liaisons. 2. La molécule d’acide nitreux.

Fausse car 10ectrons autour de N qui ne respecte donc pas la règle de l’octet.

orrec e car respect des règles du duet et de l’octet et respect du nombre de liaisons de covalence pour H, N et O.

Fausse car non respect du nombre de liaisons de covalence de N.

3. a. On rajoute des doublets liants (indiqués par des flèches) pour que chaque atome respecte la règle de l’octet (ou du duet pour l’hydrogène) :

3. b. Ce sont des isomères car ces molécules ont la même formule brute C 3 H 6 O mais des formules semi-développées différentes. 4. Isomères correspondant à la formule C 2 H 4 Cl 2 puis à la formule C 5 H 12 .

Exercice 7 : 1. Groupes caractéristiques : La molécule A contient deux groupes amine et un groupe hydroxyle. La molécule B contient un groupe ester et un groupe carboxyle. La molécule C contient un groupe amide et un groupe hydroxyle. La molécule D contient un groupe amide et un groupe amine. La molécule E contient deux groupes amide. La molécule F contient un groupe étheroxyde et un groupe hydroxyle. 2. La molécule F est représentée sous sa formule développée. La formule brute de cette molécule est C 10 H 12 O 2 . 3. Nom des molécules : Molécule AMolécule BMolécule CMolécule DMolécule EMolécule F éphédrine acideparacétamol lidocaïnepiracétam eugénol acétylsalicylique