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Ministère de l'Education Nationale INSPECTION D'ACADÉMIE DE THIÈS
EVALUATIONS STANDARDISEES COMMUNALES DU 1
ERSEMESTRE 2015-2016 EPREUVE DE SCIENCES PHYSIQUES TERMINALES S2 DUREE 4H
Exercice1 (4pts)
Les alcools sont présents dans la nature, ils entrent dans la constitution de divers organes végétaux et animaux. Ils sont d’une importance particulière dans le monde industriel avec la préparation de détergents et autres composés tensioactifs.
Au laboratoire les alcools sont principalement utilisés comme solvants et comme intermédiaires de synthèse. Aldéhydes, cétones, acides carboxyliques, esters ….. Autant de composés qui peuvent être obtenus des alcools.
1.1. Au cours d’une séance de travaux pratiques, on veut identifier trois alcools notes A, B et C. On donne trois formules moléculaires brutes C2 H6 O , C3 H8 O , C4 H10 O. Chacune de ces 3 formules peut être celle de l’alcool A, celle de l’alcool B ou C.
-Premier test : on fait l’oxydation ménagée de ces 3 alcools a l’aide du permanganate de potassium en milieu acide et on constate que A ne donne pas de réaction tandis que B et C réagissent pour donner respectivement les produits organiques B’ et C’ .
– Deuxième test les produits B ’et C’donnent avec la dinitrophenylhydrazine (DNPH) un précipité jaune ; en plus, seul B’ rosit le réactif de schiff
1.1.1. Donner, en justifiant, les fonctions chimiques de B ’et C’. (0,25) 1.1.2. En déduire les classes des alcools A, B et C. (0,5)
1.1.3. Identifier les alcools A ,B et C en donnant leurs formules semi développées et leurs noms (0,75)
1.2. Ecrire l’équation-bilan de la réaction d’oxydoréduction entre les couples redox B’/B et MnO4-
/Mn2+ (0,5)
1.3. On considère que l’huile de palme est constituée uniquement de triglycéride de l’acide palmitique de formule C15 H31 –COOH.
1.3.1. Ecrire l’équation-bilan de la préparation du triglycéride a partir du propane-1,2,3-triol et de l’acide palmitique. Précisez ses caractéristiques. (0,75).
1.3.2. On fait agir de l’hydroxyde de sodium en excès sur ce triglycéride.
1.3.2.1. Ecrire l’équation-bilan de la réaction. Préciser ses caractéristiques. (0,75)
1.3.2.2. En partant de 16,12g du triglycéride, quelle masse de savon obtient-on si le rendement de la réaction est de 90 % (0,5)
On donne : Na = 23g/mol O = 16 g/mol C = 12g/mol H= 1g/mol Exercice 2 : (04 points)
2.1. On étudie la cinétique de la réaction de la synthèse de l'éthanoate de butyle (E) à partir d’un acide carboxyli.que (A) et d’un alcool (B).
2.1.1. Donner les formules semi-développées et les noms de l’acide carboxylique A et de l’alcool B qui permettent de synthétiser E. (0,5)
2 www.juufpc.jimdo.com 2.1.2. Ecrire l'équation de la réaction de synthèse de E. Donner ses caractéristiques. (0,5)
2.2. Pour étudier la réaction de la synthèse, on réalise un mélange contenant 0,1 mol de A et 0,1 mol de B. On agite le mélange initial et on répartit avec précision le mélange dans 10 tubes à essais placés préalablement dans un bain d’eau glacée. Chaque tube contient ainsi un dixième du
volume du mélange initial.
On place ensuite simultanément tous les tubes dans un bain marie à 80° C et on déclenche alors le chronomètre (instant de date t0= 0s). On dose à des dates déterminées l'acide restant, dans chacun des tubes par une solution de soude de concentration molaire C = 1,0 mol.L-1, en présence d’un indicateur coloré. Avant chaque titrage on plonge le tube dans un bain d’eau glacée.
Les résultats expérimentaux des titrages successifs sont donnés ci-dessous. On désigne par Veq
le volume de soude nécessaire au titrage de chaque tube.
t(mn) 0 5 10 15 20 30 45 60 75 90
Veq(ml) 10 6.3 5.0 4.4 4.0 3.7 3.4 3.3 3.3 3.3
x(mmol)
2.2.1. Pourquoi les tubes sont placés dans un bain d'eau glacée avant le dosage? (0,25)
2.2.2. Montrer que la quantité de matière d’ester formée, à une date t, est donnée par une relation de la forme: x=1.10-3(10 – V) avec V en ,ml(0,25)
2.2.3. Compléter le tableau ci-dessus puis tracer la courbe x= f(t). (0. 75)
2.2.4. Déterminer graphiquement la valeur finale xf de la quantité de matière d’ester formée. (0,25) 2.2.5. Déterminer la vitesse instantanée à la date t=0 puis à t=45 min. Justifier l'évolution de la
vitesse. (0,5)
2.2.6. Calculer la vitesse moyenne entre les date t=10 min et 40 min. (0,25)
2.2.7. A quelle date la vitesse instantanée est-elle égale à la vitesse moyenne calculée précédemment?
(0,25)
2.3. Pour synthétiser le composé (E) par une transformation chimique rapide et totale, il est possible de remplacer l’acide carboxylique A par un de ses dérivés. Donner le nom et la formule semi développée de ce dérivé, écrire l’équation bilan de cette réaction. (0,5) EXERCICE 3 (4 pts)
Le schéma ci-dessous est celui du profil d’un jouet constitué d’une glissière NAO formé d’un plan horizontal NA et d’un arc de rayon d’angle , tangent à (NA) et d’une potence verticale supportant un cerceau de centre C dont l’altitude est réglable.
Un ressort de raideur , disposé sur le plan( NA), est fixé à l’une des ses extrémités, l’autre extrémité libre est en contact avec une boule (S ) de masse . Le jeu consiste à catapulter habilement la boule (S ) à l’aide du ressort pour la faire traverser le cerceau, venant de dessus. Lors d’une compétition, on règle à et la verticale passant par C est à une distance de ( . ( voir figure )
Un joueur A lance la boule (S ) à la suite d’une compression du ressort.
Un joueur B communique à la boule (S) une vitesse de en O 3.1. Calculer :
3.1.1. La vitesse de la bille en O, communiquée à la boule (S) par le joueur A. (0,5) 3.1.2. La compression exercée par le joueur B sur le ressort. ( ) (0,25)
3.2. Etablir l’équation paramétrique de la trajectoire aérienne de la boule (S) dans le repère indiqué.
(0,75)
3 www.juufpc.jimdo.com O’
C 3.3. Déterminer le joueur qui a réussi le jeu. (0,5)
3.4. Quelle est la hauteur maximale communiquée à la boule (S) ? (0,5) 3.5. On voudrait que le joueur A réussisse son jeu.
3.5.1. A quelle hauteur devra- t-on régler le cerceau ? (0,75)
3.5.2. Préciser dans ces conditions, les caractéristiques du vecteur-vitesse de la boule à son passage en C. (0,75)
EXERCICE 4 (4 pts)
Données : Charge élémentaire : e = 1,6.10-19 C, Masse de la particule a : m = 6,64.10-27 kg.
Un faisceau de particules α (ions He2+) pénètre entre les plaques horizontales P1 et P2 d'un condensateur à la vitesse de valeur V0 = 448 km. s-1 dont la
direction fait un angle α = 45° avec l'horizontale. La largeur de la plaque est L = 10 cm, la distance entre les armatures est d = 8 cm, la tension entre les armatures est U.
4.1.
4.1.1. Etablir les équations horaires du mouvement d'une particule α entre les armatures du condensateur. (01)
4.1.2. Etablir l'équation de la trajectoire d'une particule α entre les armatures du condensateur. Donner son expression numérique. (01)
4.2. Quelle est la condition d'émergence d'un faisceau de
particules α ? (Valeur de U pour que le faisceau ne rencontre pas l'une des armatures du condensateur). (01)
4.3. Déterminer la valeur de U pour que le faisceau sorte des armatures au point O'. Déterminer alors les caractéristiques du vecteur vitesse 0’des particules α à leur sortie au point O'. (01)
EXERCICE 5 (4 pts)
Données : Masse de la Terre : M (répartition de masse à symétrie sphérique de centre O) = 6.1024kg ; rayon de la Terre : R=6370km ; masse du satellite étudié : m=1000kg; altitude du satellite étudié : h ; constante de gravitation universelle : K = 6,67.10-11SI.
5-1 Le premier satellite artificiel. Si la possibilité théorique de mettre un satellite sur orbite autour de la Terre fut signalée en 1687 par Isaac Newton, il a fallu attendre le 4 octobre 1957 pour voir le lancement du premier satellite artificiel, Spoutnik 1, par les soviétiques.
Y
X O
A N
Y
X O
A N
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5.1.1. Exprimer vectoriellement la force exercée par la Terre sur Spoutnik 1, supposé ponctuel, et la représenter sur un schéma en précisant le vecteur unitaire. (0,25*2)
5.1.2 Etablir l'expression vectorielle de l'accélération du satellite. (0,25) 5.2 . Les satellites artificiels à orbites circulaires. Le télescope spatial Hubble, qui a permis de
nombreuses découvertes en astronomie depuis son lancement en 1990, est en orbite circulaire à 600 km d'altitude et il effectue un tour complet de la Terre en 100 minutes.
5.2.1 À partir des résultats de 1, montrer que le mouvement circulaire de Hubble est uniforme.
(0,25)
- Exprimer littéralement sa vitesse en fonction des grandeurs M, R, h et K. Faire l’application numérique (0,25)
5.2.2 Exprimer la période T de son mouvement en fonction des grandeurs précédentes puis
retrouver la troisième loi de Kepler appliquée à ce mouvement circulaire.
(0,5)
5.2.3 Cas d'un satellite géostationnaire :
Les satellites météorologiques comme Météosat sont des appareils géostationnaires.
- Donner 3 critères pour qu’un satellite soit géostationnaire ? (0,25) Calculer le rayon r2 orbital de sa trajectoire. (0,25)
5.3. Les satellites artificiels à orbites elliptiques.
Il serait très onéreux de propulser la fusée porteuse directement jusqu'à l'orbite géostationnaire : on procède donc par transfert d'orbites. Le satellite est d'abord placé sur une orbite basse d’altitude h1= 200km puis mené vers l'orbite géostationnaire de rayon r2 à l'aide des moteurs propulseurs. Entre les deux orbites circulaires le satellite emprunte une orbite de transfert elliptique.
5.3.1 Exprimer l'énergie cinétique Ec du satellite sur une orbite circulaire de rayon r en fonction de K, M, m et r. (0,25)
5.3.2 On donne l'expression de l'énergie potentielle gravitationnelle pour le satellite situé à une distance r du centre de la terre, en choisissant l'origine de l'énergie potentielle à l'infini. Ep( r)
= - KMm / r. Exprimer l'énergie mécanique Em du satellite sur une orbite circulaire de rayon r en
fonction de K, M, m et r. (0,25)
5.3.3 Exprimer successivement l'énergie mécanique Em et l'énergie potentielle Ep en fonction de
l'énergie cinétique Ec sur cette même orbite. (0,5) 5.3.4 Exprimer l’énergie W fournie par les moteurs pour que le satellite passe de l'orbite basse de
rayon r1 à l'orbite géostationnaire de rayon r2 en fonction de K, M, m, r1 et r2. 0,5) 5.3.5 Calculer W. ( 0,25)
