ETINCELLE. GUIDE du professeur. Auteurs. Driss FAZAZI Inspecteur principal du second cycle de physique-chimie

Auteurs Driss FAZAZI

Inspecteur principal du second cycle de physique-chimie

Mohammed EL HEDDARI Ex-inspecteur principal du second cycle

de physique-chimie

GUIDE du professeur

ETINCELLE

C

Il est strictement interdit de reproduire cet ouvrage même par tiellement, d'en faire des copies ou de le retransmettre par quelque moyen que ce soit, électronique ou mécanique, sans l'autorisation écrite de l'éditeur.

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E T I N C E L L E

C

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PHOTOCOPILLAGELE

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« le photocopillage, c’est l’usage abusif et collectif de la photocopie sans autorisation des auteurs et des éditeurs.

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Guide du professeur PHYSIQUE CHIMIE 1BAC science maths Dépôt légal : 2018MO3366

ISBN : 978-9954-6406-8-5 ISSN : 2550-4827

Avant-propos

Parfois on se trouve dans des situations où on est incertain de prendre une décision face à une nouvelle situation qu’elle soit théorique ou expérimentale. Ceci peut arriver à n’importe qui quel que soit son niveau intellectuel ou scientifique, pour cela on a besoin d’un appui pour trancher et être sûr qu’on est sur la bonne piste.

Dans ce cadre vient ce guide pour faciliter l’utilisation du livre « ETINCELLE », destiné aux élèves de la première année baccalauréat scientifique et qui propose de nombreuses activités permettant de construire des notions et des principes, ainsi des questions d’évaluation en fin de chaque chapitre, afin de vous permettre de vérifier les connaissances acquises.

Nous avons présenté toutes les réponses aux questions figurant soit dans la rubrique activités, documentaires ou expérimentales, soit dans celle dédiée aux exercices. Parfois ces réponses sont accompagnées par des explications pour mettre en valeur le travail du professeur. Mais nous avons évité de donner la correction des devoirs pour laisser l’initiative au professeur de les exploiter afin d’élaborer des devoirs similaires pour les proposer à ses élèves.

En guise de conclusion, nous souhaitons que ce guide soit un point de départ pour tous ceux qui cherchent à enrichir leurs pratiques pédagogiques dans leur classe afin d’atteindre leurs objectifs et d’offrir un enseignement de qualité à leurs apprenants.

Les auteur

Sommaire

Physique

Partie 1

Mécanique

Chapitre1 : Mouvement de rotation d›un solide autour d›un axe fixe ...9

ACTIVITÉ DOCUMENTAIRE : Translation ou rotation ? ...9

ACTIVITÉ EXPÉRIMENTALE : Mouvement circulaire uniforme ...9

Exercices ...9

Chapitre2 : Travail-Puissance d›une force ou couple de forces ...10

ACTIVITÉ DOCUMENTAIRE : Travail d'une force ...10

ACTIVITÉ DOCUMENTAIRE : Puissance d'une force ... 10

Exercices ...10

Chapitre3 : Le travail un mode de transfert d‘énergie ...11

ACTIVITÉ DOCUMENTAIRE : Énergie ... 11

ACTIVITÉ EXPÉRIMENTALE : Énergie cinétique ... 11

ACTIVITÉ EXPÉRIMENTALE : Théorème d‘énergie cinétique... 11

ACTIVITÉ DOCUMENTAIRE : Énergie potentielle ... 11

ACTIVITÉ EXPÉRIMENTALE : Énergie mécanique ... 11

ACTIVITÉ EXPÉRIMENTALE : Variation d'énergie mécanique ... 11

Exercices...12

Chapitre 4 : Énergie thermique - Transfert de chaleur ...14

ACTIVITÉ DOCUMENTAIRE : Chaleur et température ...14

ACTIVITÉ DOCUMENTAIRE : Mode de transfert de chaleur ...14

ACTIVITÉ EXPÉRIMENTALE : Quantité de chaleur échangée sans changer d‘état ...14

ACTIVITÉ EXPÉRIMENTALE : Quantité de chaleur échangée avec changement d‘état..14

Exercices ...14

Chapitre 5 : Énergie interne ...15

ACTIVITÉ DOCUMENTAIRE : Autres effets du travail-énergie interne ...15

Exercices ...15

Partie 2

Electricité

Chapitre 1 : Champ et potentiel électrostatiques ...18

ACTIVITÉ DOCUMENTAIRE : Loi de coulomb ... 18

ACTIVITÉ DOCUMENTAIRE : Vecteur champ électrostatique ... 18

ACTIVITÉ EXPÉRIMENTALE : Champ électrostatique uniforme ... 18

ACTIVITÉ DOCUMENTAIRE :Énergie potentielle électrostatique ... 18

ACTIVITÉ EXPÉRIMENTALE : Le potentielle électrostatique... 18

Exercices ... 18

Chapitre2 : Transfert d›énergie dans un circuit électrique comportement global d'un circuit ...21

ACTIVITÉ EXPÉRIMENTALE : Transfert et transformation d'énergie électrique ...21

ACTIVITÉ EXPÉRIMENTALE : Effet Joule ...21

ACTIVITÉ EXPÉRIMENTALE : Énergie recue par un récepteur électrique ...21

ACTIVITÉ EXPÉRIMENTALE : Cas d'un dipôle actif ...21

ACTIVITÉ EXPÉRIMENTALE : Étude d’un circuit résistif ...21

Exercices...22

Chapitre3 : Champ magnétique ...23

ACTIVITÉ EXPÉRIMENTALE : Sources du champ magnétique ...23

ACTIVITÉ EXPÉRIMENTALE : Champ magnétique créé par un aimant et par la terre ..23

ACTIVITÉ EXPÉRIMENTALE : Champ magnétique créé par un courant ...23

ACTIVITÉ EXPÉRIMENTALE : Expression du champ magnétique crée par un courant .24 Exercices...24

Chapitre4 : Force de Laplace ...27

ACTIVITÉ EXPÉRIMENTALE : Force de Laplace ...27

ACTIVITÉ EXPÉRIMENTALE : Application de la force de Laplace ...27

ACTIVITÉ DOCUMENTAIRE : Transformation d'énergie ...27

Exercices...28

Partie 3

Optique Chapitre1 : Condition de visibilité et l›obtention de l›image d›un objet ...30

ACTIVITÉ EXPÉRIMENTALE : Propagation de la lumière ... 30

ACTIVITÉ EXPÉRIMENTALE : Réflexion de la lumière ... 30

ACTIVITÉ EXPÉRIMENTALE : Réfraction de la lumière ... 30

ACTIVITÉ EXPÉRIMENTALE : Dispersion de la lumière ... 30

Exercices ...30

Chapitre2 : Images données par une lentille mince convergente ...32

ACTIVITÉ EXPÉRIMENTALE : Lentille mince ... 32

ACTIVITÉ DOCUMENTAIRE : Images données par un appareil optique ... 32

Exercices ...32

Chimie

Chapitre 1 : Mesure et Grandeurs Liées à La Matière ...35

ACTIVITÉ DOCUMENTAIRE : Autour des quantités de matière ... 35

ACTIVITÉ DOCUMENTAIRE : Dissoulution d’un soluté - soulution électrolytique ... 35

ACTIVITÉ EXPÉRIMENTALE : Loi des Gaz parfaits ... 35

Exercices ...36

Chapitre 2 : Mesure de conductance ...37

ACTIVITÉ EXPÉRIMENTALE : Conductance d’une paortion de solution ... 37

ACTIVITÉ EXPÉRIMENTALE : Conductivité d’une solution et facteurs influençant ... 37

Exercices ...37

Chapitre 3 : Détermination des quantités de matière en solution à l’acide de la réaction chimique ...39

ACTIVITÉ DOCUMENTAIRE : Acide et base selon Bronsted ... 39

ACTIVITÉ EXPÉRIMENTALE : Mesure de pH d’une solution-Indicateur coloré ... 39

ACTIVITÉ EXPÉRIMENTALE : Réaction d’oxydoréduction ... 39

ACTIVITÉ EXPÉRIMENTALE : Titrage acido - basique et oxydoréduction ... 39

ACTIVITÉ EXPÉRIMENTALE : Titrage par mesure conductimétrique ... 39

Exercices ...40

Chapitre 4 : La chimie Organique ...42

ACTIVITÉ DOCUMENTAIRE : Carbone, Élément de base de la chimie organique ...42

ACTIVITÉ DOCUMENTAIRE : Squelette carboné ... 42

Exercices ...42

Chapitre 5 : Modifications du squelette carboné et composé oxygénés ...45

ACTIVITÉ DOCUMENTAIRE : Modifications du squelette carboné ... 45

ACTIVITÉ DOCUMENTAIRE : Groupes caractéristiques et familles organiques ... 46

Exercices ...46

Chapitre 6 : Réactivité des alcools ...48

ACTIVITÉ EXPÉRIMENTALE : Oxydation d’un alcool ... 48

Exercices ...48

PHYSIQUE

PHYSIQUE

Partie 1:

Mécanique

PHYSIQUE

Mouvement de rotation d'un solide autour d'un axe fixe

Chapitre 1

p : 8 ACTIVITÉ DOCUMENTAIRE

Translation ou rotation ?

A. Propriétés de la translation circulaire :

1. Représentation des vecteurs A₁B₁, A₂B₂ et A₃B₃. 2. Les vecteurs ont les mêmes caractéristiques.

3.

3.1. Non.

3.2. Mêmes distances.

3.3. Vecteurs tangents aux trajectoires et de mêmes modules. Les vecteurs sont égaux.

4. La translation circulaire est un mouvement au cours duquel :

- Le vecteur constitué par deux points du corps reste équipollent à lui-même.

- Tous les points décrivent des cercles de mêmes rayons, et de centres différents, ils parcourent alors les mêmes distances pendant les mêmes durées.

- Les différents points ont le même vecteur vitesse à tout instant.

B. Propriétés de la rotation autour d’un axe fixe : 1. Les vecteurs ne conservent pas les mêmes caractéristiques.

2. 1. Même centre.

2. 2. Distances différentes.

2. 3. Représentation. Les vecteurs sont différents.

4. Les angles sont égaux.

3. La rotation autour d’un axe fixe est un mouvement au cours duquel :

- Le vecteur constitué par deux points du corps ne reste pas équipollent à lui-même ;

- Tous les points décrivent des cercles de même centre, et de rayons différents, alors ils ne parcourent pas les mêmes distances pendant les mêmes durées

- Les différents points ont des vecteurs vitesses différents à tout instant.

- Les vecteurs positions tournent du même angle pendant la même durée.

4. Translation circulaire.

5. Rotation.

p : 12 ACTIVITÉ EXPÉRIMENTALE

Mouvement circulaire uniforme 1. R = 5,6 cm

2. Mouvement circulaire uniforme, même distance parcourue pendant la même durée.

3.

3.1.

Positions M₁ M₂ M₃ M₄ M₅ M₆

θ(°) 0 10 20 30 40 50

θ(rad) 0 0,17 0,34 0,51 0,68 0,85

t(s) - 0,04 0 0,04 0,08 0,12 0,16

ω(rad.s^-1) 4,25 4,25 4,25 4,25 4,25 4,25

3.2. Courbe : fonction affine.

3.3. θ(t) = 4,25.t + 0,17 ( rad / rad.s^-1/ s / rad) 4. Représentation. Vecteur variable.

5.

{

^{10° 40ms360°}

^T

^&

^{T= 1,44s}

Exercices p : 17

Ex. 1 :

1. Mouvement circulaire uniforme.

2. T = 60.12 = 720 ms.

3. ω = 8,7 rad.s^-1. 4. θ(t) = 8,7.t + 0,5.

Ex. 2 :

1. 1. Intersection de deux rayons.

1. 2. R = 3,5 cm 1. 3. V = 0,23 m.s^-1. 1. 4. ω = 6,5 rad.s^-1. 2. R V=ω =_{0 0}, 35m 3. θ(t) = 6,5.t + 0,8 (rad) Ex. 3 :

1. ω = 366,52 rad.s^-1. 2. N = 58,33 Hz.

3. V ≈ 55 m.s^-1. 4. n ≈ 1167 trs.

5. θ(t) = 58,33.t (rad) Ex. 4:

1. ω₁ = 2π/(12.3600) = 1,45.10^-4 rad.s^-1. 2. ω = 2π/3600 = 1,75.10^-3 rad.s^-1.

3. θ₂(t) =θ₁(t) + 2.π.k. on trouve t = 2.k.π / (ω₂–ω₁), avec 0 h < t £ 12 h ⇒ 11 coïncidences.

Remplacer les valeurs de k dans l’expression de t.

Ex. 5:

1. V = 2.π.6378.10³/86164 = 465 m.s^-1. 2. V’ = V.cosλ = 386 m.s^-1.

3. d = R.λ= 3785 km (λ en rad) Ex. 6:

1. x² + y²= (0,4)² , mouvement circulaire de rayon R = 0,4 m.

2. V_A = R.ω_A = 0,8 m.s^-1. 3.

3.1. θ_B(t) = θ_A(t) + 2π & t = 12,56 s.

3.2. | θ_B(t) | + | θ_A(t) |= 2π & t = 1,4 s.

Ex. 7:

1. ω = 3,5 rad.s^-1. 2. r = 10 cm.

3. θ(t) = 3,5.t + 0,175 (rad).

Ex. 8:

1. ω₁ = 21 rad.s^-1. 2. V₁ = 10,5 m.s^-1. 3. ω₂ = 35 rad.s^-1. 4. N₂ = 5,57 Hz.

Ex. 9:

1. ω₁ = 188,5 rad.s^-1. 2. v₁ = 18,85 m.s^-1. 3. N = 15 Hz, T = 66,7 ms.

4. V₂ = 37,7 m.s^-1.

Travail-Puissance d'une force ou couple de forces

Chapitre 2

p : 20 ACTIVITÉ DOCUMENTAIRE

Travail d'une force

A. Notion de travail d’une force : 1. 1 : c, 2 : b, 3 :d, 4 : a.

2. F1: travail maximal ;F3: travail nul.

B. Expression du travail d’une force constante : 1.

1.1. Les efforts ne sont pas les mêmes.

1.2. F et d.

1.3. W = F.d.

2.

2.1. tracé de composantes.

2.2. F_x.

2.3. W = F_x.d = F.d.cosα.

2.4. W F AB= . .

C. Propriété du travail d’une force constante : 1. A(1,1) ; B(7,2) ; C(4,3).

2. Représentation. Vecteur constant.

3. W = 15 J dans les deux cas.

4. Le travail d’une force constante ne dépend pas du trajet suivi.

p : 26 ACTIVITÉ DOCUMENTAIRE

Puissance d'une force 1. 3, 1 et 2.

2. P_m = W/Δt.

3. Algébrique.

4.

F

: travail moteur,

R

: travail résistant

P

: travail nul.

P

^_Fi10,

P

^_Ri10,

P

^_Pi=0

Exercices p : 29

Ex. 1 : 1.

1.1._{A B}

W F ( )

=

5 J

"

1.2._{A B}

W P ( )

=

0 J

"

1.3._{A B}

W f ( )

=-

2 5 , J

"

2. _{A B}

W P ( )

=-

2 5 , J

"

3. _{A B}

W F ( ) ,

=

4 33 J

"

Ex. 2 :

1._{A C}

W P ( ) ,

=

0 35 J

"

2. A CW R = -f.r a+ r2

" ^ h ` j

3. f = 0,3 N.

Ex. 3 : W = 1,08.10⁸ J.

Ex. 4 : 1. V = 3,3 m.s^-1.

2. Contact avec frottements. f = F.cosα = 121,2N

PHYSIQUE Ex. 5 :

1. F = 8 N.

2.W( )P=-5J,W( )F=5J,

P ^{(P) 40W =-}

^,

P

^{( )F=40W}

Ex. 6 :

1. V₁ = 7,85 m.s^-1, ω₁ = 52,36 rad.s^-1. 2. ω₂ =ω₁ = 52,36 rad.s^-1.

3. V₂ = 15,7 m.s^-1. 4. W = 3,14.10⁵ J.

5. P= 7,85.10³ W.

Ex. 7 :

1. _{A B}W_"^_Pⁱ=m g AB. . .sinθ=8 66, J

. . cos ,

W P m g r 1 3 75J

B D_"^{_ i}= - _^ + θ_h= -

2.

2.1. _{A B}W_"^_Rⁱ= -f AB. = -1 8, J

W R f.r 1,88J

B D_" ^ h

= -

^

i r +

h

= -

2.2. R = 2,66 N.

3.

3.1.

P

A^_Pⁱ=0W,

P

B^_Pⁱ=m g v. . Bsinθ=22 69, W 3.2. P(t) est une fonction linéaire du temps.

( )

A BW P" représente l’aire de la partie comprise entre

la courbe et l’axe du temps. _{A B}W_"( )P=22 69 0 76 8 62, 2. , = , J

(presque la valeur précédemment calculée).

Ex. 8 :

1. _{A E}W_"^_Pⁱ=m g AB. _^ .cosα+r._^sinα-sinβ_hh=1 12, J

2. f = 0,81 N.

Le travail un mode de transfert d‘énergie

Chapitre 3

p : 32 ACTIVITÉ DOCUMENTAIRE

Énergie

1. Débris de plantes et d’animaux qui vivaient sur terre et aux fonds des mers.

2. Énergie cinétique.

3. Énergie potentielle de pesanteur.

4. Reste constante.

p : 38 ACTIVITÉ EXPÉRIMENTALE

Énergie cinétique 1. V₀ = 0 m.s^-1. 2. a = 0,05 kg 3. a = m/2

4. W = a.V² = 1/2.m.V². 5.

E

=

2 1 . . m v

².

6. Oui, parce que le mot cinétique désigne mouvement.

p : 42 ACTIVITÉ EXPÉRIMENTALE

Théorème d‘énergie cinétique 1. V₂ = 0,2 m.s^-1, V₄ = 0,6 m.s^-1. 2. ΔE_C = 0,112 J.

3. _MW_M F _MW_M P m g M M. 2 4.sin ₀,112J

2_" 4^{_ i}= 2_" 4^{_ i}= 6 @ α=

|

4. TEC₌

|

W F_ i

La variation de l’énergie cinétique est égale à la somme des travaux de toutes les forces.

p : 44 ACTIVITÉ DOCUMENTAIRE

Énergie potentielle

1.

P

(Poids du corps) etT(tension du câble).

Représentation.

2. _{A B}W T_"( )=-_{A B}W P m g z z_"( ) . .(= B- A)

3. kg.(N.kg^-1).m = N.m = J.

4.

4.1. masse, intensité de pesanteur et altitude.

4.2. Oui, parce qu’elle désigne emmagasinée en gagnant de l’altitude dans le champ de pesanteur.

p : 46 ACTIVITÉ EXPÉRIMENTALE

Énergie mécanique

1. E_C(Bleu), E_PP(Rouge) et E_m(Verte) 2. La grandeur E_m peut se conserver.

3. par exemple entre les instants t₁ = 0,2s et t₂ = 0,4s : ΔE_PP = - ΔE_C = 0,2 J.

4. ΔE_m= ΔE_C + ΔE_PP .

Dans le cas de la chute libre ΔE_m= 0.

p : 48 ACTIVITÉ EXPÉRIMENTALE

Variation d'énergie mécanique 1. E_C(Bleu), E_PP(Rouge) et E_m(Verte)

2. Non, les variations ne sont pas égales en valeur absolue.

3. En énergie thermique (chaleur)

Exercices p : 51

A. Travail et énergie cinétique : Ex. 1 :

1. Énoncé du théorème.

2.

2.1. V_A = 5 m.s^-1.

2.2. W P m.g.AB.sin 3,75J

A B_"_ i=- α=-

2.3. V_B = 3,16 m.s^-1. 3.

3.1. f = 1,19 N.

3.2. d = 1,37 m.

Ex. 2 : 1.

1.1. ΔE_C = 8 J.

1.2. W P 1 J₀

A B_"_ i=

1.3. W R 2J ₀

A B_"_ i= - 1 ,

le contact se fait avec frottements.

2.

2.1. V_C = 4 m.s^-1. 2.2. V_D = 2,83 m.s^-1. 3. BC = 3,16 m.

Ex. 3 : 1. T = 1,6 N.

2. ω = 20 rad.s^-1. 3.

3.1. W = - 0,5 J.

3.2. M = 4.10^-3 N.m.

Ex. 4 : 1. m_{2 éq}= 500 g 2.

2.1. m_{2 éq}< m₂ alors : (S₂) vers le bas, (S₁) vers le haut et (P) sens trigonométrique.

2.2.E 21 . .A v22

C= avec _{A m m r}2 1 ^{R J}_r 2

= + a k + 2^D

2.3. V₂ ≈ 0,9 m.s^-1 , V₁ = 2.V₂ ≈ 1,8 m.s^-1. 2.4. d = 0,33 m.

B- Travail et énergie potentielle de pesanteur : Ex. 1 :

1. EPP=m.g 2L 1 cos^ - θh

2.

2.1. E m.g.L4

PP= θ2

2.2.

a. E_m =E_{PP max} = 10^-3 J.

b. E_{C max} = E_m = 10^-3 J.

c. J_Δ = 1,08.10^-3kg.m².

d. m g L représente la pente de la courbe, m = 80 g.. .4 Ex. 2 :

1. m_{2 éq} = 150 g <m₂ : la poulie tourne dans le sens de rotation des aiguilles d’une montre.

2.

2.1.E^C= 21 .A.ω²

avec A m .r1 12 m .r J

2 22

= + + D

et ω = 2.π.N. E_C = 0 ,068 J.

2.2. E_C + E_PP = E_m = 0 (E_m = 0 au départ et elle se conserve), E_PP = - 0 ,068 J.

3. E_pp = m₁.g.h₁ – m₂.g.h₂ et h₂/h₁ = r₂/r₁& h₁ = 6,8 cm et h₂ = 13,6 cm.

C. Travail et énergie mécanique : Ex. 1 :

1. E_PP(A) = m.g.r = 0,25 J.

2. E_m(A) = 0,25 J.

3. E_C(C) = m.g.r.sinα = 0,125 J.

4. E_PP(C) = m.g.r.(1 – sinα) = 0,125 J& E_m(C) = 0,25 J.

E_m se conserve.

5. E_C(B) = E_m& V_B = 3,16 m.s^-1. Ex. 2 :

1.

1.1. V₁ = 0,3 m.s^-1 , V₃ = 0,5 m.s^-1 . 1.2. ΔE_C = 8.10^-3J.

1.3. ΔE_PP = - 1,6.10^-2 J.

1.4. ΔE_m = ΔE_C +ΔE_PP = -8.10^-3J.

0,

Em W T T. M M T 25N

M M 1 2

1 3

&

3 = _" _ i= - 6 @ =

2.

2.1.

0 0

W T W P W R , W T 1,6.1 J

M M M M M M M M

2

3_" 1_ i+ 3_" 1_ i+ 3_" 1_ i= 3_" 1_ i= ^-

2.2. M_m = 0,01 N.m.

2.3. Ρ = 0,4 W.

Ex. 3 : 1.

1.1. EPP=m.g. 2L 1 cos^ - θh

1.2. Em= 61 .m.L .2 ω2+m.g 2L 1 cos^ - θh

1.3. ω = 9 rad.s^-1. 1.4. V_B ≈ 1,7 m.s^-1. 2.

2.1. Ex.istence de frottements avec l’axe de rotation.

2.2. M = - 2,1 N.m.

PHYSIQUE Ex. 4 :

1. Expérience 1 : E_C = E_m – E_PP> 0 mouvement de rotation.

- Expérience 2 : E_C = 0 lorsque E_m= E_PP en deux positions, mouvement oscillatoire.

2. θ_m = π/3.

3. E_C1 = E_m1 = 2,5 J, E_C2 = E_m2 = 0,5 J.

4. E_PPmax= 4.m.g.L.(1 – cosθ_max) & m = 83 g.

Chapitre 4 Énergie thermique - Transfert de chaleur

Activité DOCUMENTAIRE p : 56 Chaleur et température

1- 1°F (212 32) /1= - 00=1, 8°C.

2-

0 K = - (273,148 + 0,00 2) = - 273,15°C 0 K = - (273,15.1,8 32) - = - 459,67°F

3- L’eau emmagasine la chaleur reçue du soleil pendant l’été, et la perd lentement durant tout l’hiver.

4- gauche (vaporisation, liquéfaction); bas (sublima- tion; condensation); droite (fusion, solidification).

5-

D T = D i

.

6- Oui sauf en cas de changement d’état.

ACTIVITÉ DOCUMENTAIRE p : 62 Mode de transfert de chaleur

1- Interne pour réfléchir la chaleur vers les aliments.

2- Isolation thermique.

3- L’état liquide, car c’est plus facile à agiter les molécules.

4- Le noir mâte ne réfléchit pas les ondes émises par le radar.

ACTIVITÉ EXPÉRIMENTALE p : 66 Quantité de chaleur échangée sans changer d‘état 1-

D i = k.t

2-

Q (k/a). = D i n i = . D

.

3-

n

en

J.K

^-1. C’est la chaleur échangée par le corps pour faire varier sa température de

1°C

. 4-

2s

,

4s

;

8s

.

5- Oui. Q est proportionnelle à t et m aussi, alors Q est proportionnelle à m.

6- Q est proportionnelle àDi et à m, alors elle est proportionnelle à leur produit :

Q C.m. = D i

. 7- Cen J.K kg^-1 - . ¹

8- d’après 2 et 6 : n=m.C

ACTIVITÉ EXPÉRIMENTALE p : 70 Quantité de chaleur échangée avec changement d‘état A-Suivi du changement d’état de l‘eau

Manipulation 1 :

1- Indication des trois phases :

1 : [0; 2, 4min [ ; 2 : [2, 4min; 7, 6min [ ;

3 : t > 7, 6min.

2- Solide, solide + liquide, liquide.

3- Reste constante.

4- Dt.7, 6 2, 4 5, 2min- = .

B- Quantité de chaleur échangée(chaleur latente) : Manipulation 2 :

1- Q est proportionnelle à t et m aussi, alors Q est proportionnelle à m. Alors Q L.m=

2- L en J.kg^-1. C’est la chaleur échangée par 1kg du corps pour faire changer son état physique à température constante.

3- 3-1- solide, solide + liquide, liquide.

3-2-

Q m.C .(

1

=

g

0 - i

i

), Q

2

= m.L

f,

0

Q

3

= m.C .(

e

i

f

- ), Q Q Q Q =

1

+

2

+

3.

Exercices _{p. 75}

Ex 1 :

124, 24J.K¹

=

n ^-.

Ex 2 :

1- n=61J.K^-1. 2-

2-1- n

l

= 21, 3J.K-¹_. 2-2- me=5mg. Ex 3 :

1- 1-1- Q1=6000J. 1-2- n=4 J.K00 ^-1.

2- 2-1- a- Q (= n+m.C ) (A i

l

f -if) b- Q

l

=m .C . (

l

Fe i

l

f -i3) 2-2- i

l

f =16, 3°C. Ex 4 :

V1=156mL, V2=94mL. Ex 5 :

1- Q 418kJ= . 2- Q

l

=335kJ_.

3- Q2Q

l

. État liquide.

4- if=9, 9°C. Ex 6 :

1- n=9 7, 36J.K0 ^-1. 2-

2-1-

i

f

. 9 °C

.

2-2- 0,05kg #m#3, 13kg. 3- m =0,093kg.

PHYSIQUE Ex 7 :

1- Q 83 , 8kJ= 0 (avec LV=2255kJ.kg- )¹ 2- QT=923, 1kJ.

Ex 8 : 1- i2= 23°C. 2-

2-1- Q 9576 J= 0 (quantité de chaleur cédée par le système chaud pour passer à 0°C) Q

l

=13489J (quantité de chaleur nécessaire à la fusion complète de la glace)

Q2 Q

l

: la glace fond complètement.

2-2- if=27°C.

Ex 9 :

1- n=2 9J.K0 ^-1. 2- Lf=245kJ.kg^-1. Ex 10 :

1- if

=

54, 4°C. 2- n=781, 4J.K^-1. 3- CCu= 1042, 5J.K .kg^-1 ^-1. 4- 19, 9°C .

5- 1 , 2°C . 0 6- 9, 4°C

Chapitre 5 Énergie interne

ACTIVITÉ DOCUMENTAIRE p : 78 Autres effets du travail-énergie interne A- Effets du travail :

1-  : Élévation de température;  : Change- ment d’état;  : Déformation élastique.

2- Aucun des deux

B- Énergies microscopiques

1- Énergie sous forme de travail pour le déformer.

2- Le départ de la flèche.

3- Énergie potentielle due à la modification des positions des atomes les uns par rapport aux autres.

4- Énergie calorifique (thermique)

5- Le mouvement de rotation de la capsule.

6- Énergie cinétique due aux mouvements plus rapides des particules chauffées.

7- Par travail ou par chaleur.

Exercices _{p. 83}

Ex 1 :

1- Q P. t 1,8.1 J= T = 0⁵ .

2- Conduction puis convexion.

3- Variation (augmentation) de son énergie in- terne.

4- 3U=0, .6Q=1 8 1,0 0. ⁵J. Ex 2 :

1- F 2= 000N. 2-

2-1- V S.h 4= = 000cm³. 2-2- n=₀,129mol,m 2,3g= . 3- TU= -P. V Q 2 87,6kJT + = 0 .

Ex 3 : 1-

.( ) .( ) 274,94 W W W W W

P V V P V V kJ

A B B C C D D A

B C B A A D

= + + +

=- - - - =

" " " "

2-

. .( ) . .( )

. .( ) . .( )

274,94

Q Q Q Q Q

m C T T m C T T

m C T T m C T T

kJ

A B B C C D D A

V B A P C B

V D C P A D

= + + +

= - + -

+ - + -

=

" " " "

3- TU W Q= + = . 0 Ex 4 :

1- L’étude de l’équilibre de la gouttelette donne Fint=Fext

En divisant par S , on trouve Pint=Pext=P0. 2- F P .S P . . (d/2)= 0 = 0r 2 =1, 26N.

3-

3-1- VT , .

TV SxTθ (x.0 69m

= ++

3-2- TU P S x m C= - 0. . + . P.Tθ

. . . . .

U S n M C T P x K xVP 0

(T = b - l =

U 2,76J

T .

P

Fint Fext

R1

R2

Ex 5 :

1- Mouvement retardé parce que le mouvement est ascendant dans cette phase.

2- On choisira comme état de référence de

E

PP

la position d’équilibre 2-1- Em=21 .(M m V+ ). 12.

2-2- Em =(M m).g.L.(1 cos )+ - α . 2-3- V1=2, 26m.s^-1.

3-

3-1-

D E

C

= 375 J. 0

3-2- Oui, parce que La température peut atteindre 795°C > 327°C .

3-3- Sous forme de travail.

3-4- Déplacer le système {S} .

Ex 6 :

1- C’est une énergie qui peut être stockée par un système lors d’une compression ou chauffage.

Ex : énergie stockée par un ressort lors de sa compression.

2- Le transfert d’énergie par chaleur permet la variation de l’énergie cinétique microscopique.

3- Chaleur.

4- E P= . Tt P. V= L (E 2, 6 1 J= 0⁵ 5- Énergie cinétique microscopique.

6- Toucher la plaque.

7-

2 g 0

. 8- l.0, 5mm.

Électricité

Partie 2:

Chapitre 1 Champ et potentiel électrostatiques

ACTIVITÉ DOCUMENTAIRE p : 86 Loi de coulomb

1- a - : Répulsives,

b – attractives (de mêmes modules dans les deux cas).

2- .

F F k d

q q

/ / 2

A B B A

A B

= =

3- F F k

d q .q u

A /B B/A A B

2 AB

= - =

(A la charge de gauche) 4-k 9.10 N.m .C= ^{9 2 -2}.

ACTIVITÉ DOCUMENTAIRE p : 88 Vecteur champ électrostatique

1- F k.

d Q.q2 u

= 2- E k

d Q2u

= . Ce vecteur E caractérise Q 3- E en N/C .

4-1-Q20 : E est de même sens que u - Q10 : E est de sens contraire à u .

(même direction de u dans les deux cas) 4-2- Q>0 : centrifuge, Q<0 : centripète.

5- Droites passant par le centre de la charge dans chaque cas. On doit orienter les droites par des flèches.

6- Tracer d’abord le champ résultant en chaque point puis tracer la ligne tangente aux champs globaux.

A

Ligne de champ

B C

ACTIVITÉ EXPÉRIMENTALE p : 90 Champ électrostatique uniforme

1-Champ uniforme (lignes de champ parallèles) 2- 2-1- Direction : perpendiculaire aux plaques, sens vers la droite (vers la plaque de plus petit potentiel)

2-2- E en V.m^-1.

ACTIVITÉ DOCUMENTAIRE p : 92 Énergie potentielle électrostatique

1-E E( ,- 0,0),

AB x x y y z z (

B

-

A

,

B

-

A

,

B

-

A

)

. 2- W F q E AB q E x( ) . . . ( ) . ( x )

A B_" = = - B- A .

3- W F( ) Epe Epe q E x C. . te

A B = -T ( = +

" .

4- C^te=0et Epe= -q.E.L.sina

ACTIVITÉ EXPÉRIMENTALE p : 94 Le potentielle électrostatique

1-

1-1- Reste presque constant.

1-2- Augmente avec x.

2- 2-1- a.12 V.m0 ^-1=E. 2-2- V E.x= .

2-3- Ligne parallèle aux plaques.

Exercices _{p. 99}

A- Champ électrostatique Ex 1 :

1-Vecteurs centrifuges de sens contraires.

2- AC AB/3= Ex 2 :

,

, ' 2 2. 2 '

E E k aq

E E E k aq E E

2 2

A C A B

AG

= = = = = .

Donc E de mêmes direction et sens que 'E et de module : ( 2 21)

E k aq

= 2 -

A EA

EB

EC E'

B C

Ex 3 :

1-q >1 0 (lignes sortantes) et q210 (lignes entrantes).

2- Direction : la droite passant par M et 1 M² sens : vers M2, modules : E 3.1 V.m= 0^{5 -1}. 3- q1.7nC, q2.-14nC.

4- Direction : la droite passant par M1 et M2 , sens : vers M1, modules :F= q E=0, 3N

PHYSIQUE Ex 4 :

1- 0

2

6,2.1 .

E E k d h

q V m

1 2 2

2

4 1

= = +

= ^-

b l

2- Direction et sens de

M M

0 et de module 0

2. . 2

4, 6.1 .

E E

d h

h 2 V m

2

4 1

= A

+

= ^-

a k Ex 5 :

1-

1-1- EO= .0

1-2- _{E 2E .cos 0}

2

a a

2.K.q.h

3, 2.1 V.m

A 2

2 3

5 1

= =

+

=

a ^-

a` j k 2-

2-1-E 2E .sin

5. 5.a

8k.q , 4. .

E a

k q

A 2 C 2

= a= =

l

,

donc : E < 2.E

l

C,

direction : la droite passant DC , sens de D vers C et module : E 2.E EC 1, 64.1 V.m0

4 1

= -

l

= ^-.

2-2-

,

' .

2 .

E ak q

E a

k q

2 A 2

= = donc

E > E l

A

direction : la droite passant AC sens de A vers C et module : E E EA 9, 32.1 V.m0

4 1

=

l

- = ^-_.

Question 1-2

D E_B E_A C

E_D E_C

E

A B

Question 2-1

C D

E

_A

E

_B

E

_D

E

_C

E'

A B

Question 2-2

A B

D

E

_D

E

_B

→

→

E

_A

E'

→

→

2-3- Même direction et sens contraire à 'E , module : F.0,1N.

Ex 6 : 1-

1-1- E E E k.x .( ) ( )

q u k a x

q u

2 2

A B A B

= + = + - -

1-2- E 1, 75.1 V.m= 0^{7 -1}. 1-3- x 3, 3cm= . 2- E (N) 4, 6.1 V.m= 0^{7 -1}. 3- q

l

= -50nC.

B- Potentiel électrostatique Ex 1 :

1- F et Ede mêmes sens, alors q2 0. À partir de l’étude de l’équilibre à l’aide du polygone, on trouve :

0

q E

mg.tan

1, 1.1 C⁴

= a = _-

2- EPe= -q.E.L.sina. 3-

0,0

W (F) E 0 E q.E.L.sin 4J

G G Pe Pe1

0 1= - = a=

"

4- V VO- G0= car (0 E OG= 0),

V V V V q E.L.sin 342V

W(F)

0 G1 G0 G1

G0 G1

- = - = ^" = a=

Ex 2 :

1-F vers le haut et q 10, E vers le bas (A vers B).

2- ( ) . . ( ) . . 0 0

2, 8.1

W F q E y y d

e U y

O S O S J

AB 17

= - = =

"

- ,

donc U^OS= -130V.

3- _{O S}W F_"( )=EPeO-EPeS&EPeS= -2, 8.10 0-¹⁷J

4-vS 1, 2.1 m.s0

7 1

= ^-.

Ex 3 :

1- U^AB20 alors E vers B . F vers le haut (sens contraire de P pour avoir l’équilibre)

0 q ( 1 ;

q E

mg

3.U 4. . .r .g.d

q 8.10 C

1 3

( 18

= = t r = - _-

. 2- W F q U( ) . 2 1, 6.1015J

A B_" = = - ^-

Ex 4 :

1- A partir du polygone des forces : q .E m.g.tan= a(E 5.10 V.m= ^{4 -1}.

2- W F q E d( ) . . 2, 5.10⁴J VM VN 1250V

M N_" =- = ^- ( - = - .

3- V^O=V^M donc U^AB=2. (V V ) 2500V^N- ^M = . 4-4-1- VN=E.xN =E.d, donc E (N) q.E.dPe = . 4-2-ET=EC+EPP+EPe

0

(E (M)^C = , E (N)^C = -q.E.d); 0 (E (M) 2.m.g.d, E (N)PP = PP = );

0

(E (M)Pe = , E (N) q.E.d)Pe = ;

E (M) E (N) 2.m.g.dT = T = alors E^T se conserve.

Ex 5 :

1-E Vers le haut (de même sens (q20) que F pour assurer l’équilibre).

2- T q.E m.g= - =0,04N. 3- q.E

l

=m.g(E

l

=1 V.m0^{4 -1}. 4- Méthode analytique :

tan F.cosF. m.g

79, 1°

sin (

= - =

b a

a b .

α

α

α β

β β

→

→

→

→

→

→ F

F T

T P

P x y

Ex 6 :

1-E 1 V.m= 0^{5 -1}.

1-1- E Vers le potentiel le plus petit : A ( )+ et B ( )- . 1-2- a- F et P . F 9.1 N= 0^-3 , P 1 N= 0^-2 . b- Vers B (P2F)

c- Théorème de l’énergie cinétique :

. 0

,32 . v g q E m

d - m s

¹

=

c

-

m ^-.

2-

2-1- /F= -9.10-³. 1i- 0-².j .

2-2- 2 , 2. .

x d . .

y q E

m g d

H= - H= - .

2-3- Théorème de l’énergie cinétique :

. .

. 1, 42 .

v d mF

q E

m g m s

2

= d + n= ^-1.

Ex 7 :

1- Non (forces électriques de moments nuls).

2- Les charges soumises au couple de forces électrostatiques tordent le fil qui s’oppose par son couple de torsion.q 2.l.E.cosC 0

2 nC

= i

i

=

.

3- La même chose avec rotation en sens inverse.

Il ne se passera rien M^/ D^ hF =0^. Ex 8 :

1- Direction : la droite (AB), sens : vers A, module : 9.

160. .

4.10 .

E E E AB

k q^{22 4}V m¹

A B

= + = = ^-.

2-

2-1- P , F et R . Représentation.

2-2- qE m.g.sin= a(m 0, 24mg= et R m.g.cos= a(R 2, 1.10 N= ^-3 . 3- Non, elle se dirigera vers A .

Ex 9 :

1-

F

vers le haut etq1 0, alors E vers le bas.

La plaque d’en bas est donc portée au plus faible potentiel.

2- q E m g. = . (q=-1, 6.10^-18C 1 . ( e)= 0 -

Ex 10 :

1-Les composantes E1et E2de E sont constantes, alors E E E C= + =1 2 ^te. E 4, 12.10 V.m et= ^{3 -1} a=76°. 2- F 2.e.E 1, 3.10 N et= = ^-15 b=a.

PHYSIQUE

Transfert d'énergie dans un circuit électrique comportement global d'un circuit

Chapitre 2

p : 104 ACTIVITÉ EXPÉRIMENTALE

Transfert et transformation d'énergie électrique A : Récepteur passif (Le résistor) :

1. Le moteur tourne, la lampe brille et dégagement de bulles aux voisinages des électrodes de l’électrolyseur (réactions chimiques)

2. Le générateur.

3. (Lumineuse, thermique); (mécanique, thermique); (chimique, thermique).

4. L’énergie thermique.

p : 106 ACTIVITÉ EXPÉRIMENTALE

Effet Joule

1. La mine de crayon rougie puis s’enflamme.

2. a et d : avantage ; b et c : inconvénient.

p : 108 ACTIVITÉ EXPÉRIMENTALE

Énergie recue par un récepteur électrique 1.

t(min) 0 1 2 3 4 5

E (J) 0 1300,9 2340 3510 4420 5850

2.

2.1. a = 19,5 W.

2.2. U.I = 17,52 W ≈ a

2.3. E_th = a.t & E_th = U.I.Δt = (U²/R).Δt.

3. P_th = U.I.

B : Récepteur actif (Le moteur) : 1.

m (g) 10 20 30 40 50

E_r (J) 0,553 0,761 1,102 1,803 2,569 E_m (J) 0,098 0,196 0,294 0,392 0,490

2. E_T > E_m , la différence apparaît sous forme de chaleur.

3.

3.1. _{r E}^E

T

= m

3.2.

m (g) 10 20 30 40 50

r (%) 17,7 25,8 26,7 21,7 19,1

3.3. Le rendement dépend de la masse soulevée

p : 112 ACTIVITÉ EXPÉRIMENTALE

Cas d'un dipôle actif

1. E = 4,5 V , r = 2Ω (données par le logiciel).

2.

I A^ h 0 0,1 0,15 0,2

P Wg^ h 0 0,45 2,65 0,90

I A_{^ h} 0,25 0,3 0,35 0,4 P Wg^ h 1,13 1,08 1,58 1,80

3.1. a = 4,5V, elle représente la f.é.m. du générateur (P_g = E.I)

3.2. P_th représente la puissance thermique.

3.3. P_ext = U_PN.I 3.4. P_g = P_ext + P_th. 3.4. E_g = E_ext + E_th. 4. r PP^ext 1 Er .I

= g = -

p : 116 ACTIVITÉ EXPÉRIMENTALE

Étude d’un circuit résistif

A : Influence de la force électromotrice : 1. E_ext = P_ext.Δt = U.I.Δt =R.I².Δt.

2.

E (V) 6,3 10,5

E (J)

ext 14,8176 41,16

E E (SI)

^{ext2 0,37 0,37}

L’énergie transférée au circuit est proportionnelle à E². B. Influence de la résistance de la charge : 1. L’énergie augmente, puis diminue.

2. R = r

C. Influence de l’agencement de résistors : 1. E_ext = U.I.Δt.

Montage E_ext (J)

Montage série 14,40

Montage parallèle 51,12 2. Montage parallèle.

Exercices p : 123

Ex. 1 : 1.

1.1. E_th = 6240 J.

1.2.

' ' '. '

_r , %

r E E

E r I E

_{97 6}

r

m &

= =

+ =

1.3.

r E E ' , % E E 76 9

g g

= m= = 2. R₂ = 10Ω.

Ex. 2 : 1. I = 0,8 A.

2.r1 E r .IE 58,1 ,r E r .IE 75.8

1 1 1

2 2 2

~ 2 ~

. .

= + = +

l l l

l l

l l

l Ex. 3 :

1. E’ = 20 V.

2.

P

g

= P P

u

+

th

& r' = 2E E' R 6 I - - = X

3. r_g ≈ 41,7%

Ex. 4 :

1. r' EI (R r) 6

= 1 - + = X

2.

2.1. P_g = P_u + P_th.

2.2. E’ = E – (R + r + r’).I₂ = 9,6 V.

2.3. r’ = 57,1% ; r_g = 40%.

Ex. 5 :

1. P_g = E.I = 24 W; P_ext = (E-r.I).I = 16 W.

2. R = 1,5 Ω.

3. U_PA = 5 V.

4. E’₁ = 3V , r’₁ = 2 W.

5. U_PA = E’₁ + r’₁.I₁ & I₁ = 1 A et I₂ = 1A.

6. U_PA = E’₂ + r’₂.I₂ avec E’₂ = 4 V Þ P_m = 4 W.

7. r’₂= 80%.

Ex. 6 : 1. R_éq = 11 W.

2. I = 0,71 A.

3.

P

_ext

R E R r .

e

e 2

= 2

^ + h

4. remplacer r par R_e. Ex. 7 :

1. I = 0,8 A &P_r = 12,8 W.

2. P_m = 5,76 W ; P_J = 7,04 W.

3. E_m = 570,24 kJ, E_th = 696,96 kJ.

4. W_int= (P_m - ρP_r). Δt= 342,14 kJ Ex. 8 :

1. P_th = U.I.(1 - ρ) = 10⁵ W.

2. m I. t.M3.N .e 33,64kg

A

3 .

=

3. E_T = 5,35 GJ.

Ex. 9 :

1. Représentation des flèches.

2. P_R = R.I₁² & I₁ = 0,3 A.

3. U_PN = R.I₁ + (E’+ r’.I₁) = E’+ r’.I₂ & I₂ = 3 A.

4. P_G = U_PN.(I₁+ I₂) = 39,6 W.

5. P_G,tot = 43,3 W.

PHYSIQUE

Champ magnétique

Chapitre 3

p : 126 ACTIVITÉ EXPÉRIMENTALE

Sources du champ magnétique

1. Le pôle nord de l’aiguille s’oriente toujours vers le nord terrestre.

2. L’aiguille tourne aussi.

3. L’aiguille tourne aussi.

4. Terre, aimant et courant électrique.

p : 130 ACTIVITÉ EXPÉRIMENTALE

Champ magnétique créé par un aimant et par la terre A. Champ magnétique créé par un aimant : 1. Aimant droit : Lignes courbes reliant les deux pôles de l’aimant.

- Aimant en U : Lignes droites parallèles entre les branches de l’aimant et courbes à l’extérieur.

2. Entre les branches de l’aimant en U.

3. Représentation.

B. Champ magnétique terrestre : 1. Vecteur rouge.

2. Vecteur verts.

3. Ajouter des flèches sortantes du pôle nord de l’aimant.

B_H

→

B_T B_V →

→

p : 134 ACTIVITÉ EXPÉRIMENTALE

Champ magnétique créé par un courant A. Spectres magnétiques :

1.

Fil rectiligne Bobine plate Solénoïde

Cercles concentriques centrés

sur le fil conducteur. Ligne droite au milieu, et de part et d’autre, des lignes courbes vers le fil le plus proche.

Lignes parallèles à l’intérieur du solénoïde.

2. À l’intérieur du solénoïde.

B. Sens du vecteur champ magnétique : 1.

Observateur d’Ampère Main Droite

I sortant de la tête de l’observateur,Best donné par la main gauche écartée du corps lorsque l’observateur regarde vers le point M(lieu d’étude).

I sortant des bouts des doigts,Best donné par le pouce écarté de la main lorsque sa paume est orientée vers le point M (lieu d’étude).

2.

B→

⊗

Fil rectiligne

B

B →

→

¤ ⊗

Spire circulaire

B →

Solénoïde 3. La face nord est celle par laquelle sort le vecteur champ magnétique (face représentée à gauche).