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C.P.M.M - Terminale S2 - Sciences Physiques – 20/01/2018
Devoir n°2 – Durée : 04 heures
-1-
EXERCICE 1 :
(04 POINTS)
Les amines ont une odeur caractéristique, forte et désagréable. A l’état naturel, elles proviennent de la dégradation
de la matière animale.
1. On considère les amines dont les molécules sont saturées et non cycliques. Ecrire la formule générale de telles
amines si on désigne par n le nombre d’atomes de carbone par molécule.
(0,25 pt)
2. On dissout dans de l’eau distillée une masse m = 5,9 g d’une amine A de cette catégorie. On obtient alors 1 L de
solution de concentration molaire C1. On prélève un volume V1 = 40 mL de cette solution. En présence d’un
indicateur coloré approprié, on dose ce prélèvement par une solution d’acide chlorhydrique de concentration
C2 = 0,20 mol.L-1. Le virage de l’indicateur se produit quand on a versé un volume V2 = 20 mL.
2.1. Ecrire l’équation-bilan de la réaction entre l’amine et l’acide chlorhydrique.
(0,5 pt)
2.2. Déterminer la concentration molaire C1 de la solution d’amine.
(0,5 pt)
2.3. Déterminer la masse molaire de A et sa formule brute.
(1 pt)
2.4. Ecrire les formules semi-développées possibles de A et les nommer.
(1 pt)
2.5. La molécule de l’amine A étudiée ne donne pas d’amide en présence de chlorure d’acyle ou d’anhydride
d’acide. Préciser alors la formule semi développée et le nom de A. Justifier.
(0,75 pt)
EXERCICE 2 :
(04 POINTS)
Un médicament pouvant soulager des douleurs contient un principe actif: la benzocaïne ou 4- amino-benzoate
d’éthyle que l’on notera E, et dont la formule semi-développée figure dans les données. On veut préparer E à partir
d’un acide 4-amino benzoïque, noté AH et d’un composé chimique liquide à température ambiante, noté B.
Données :
La formule du 4-amino benzoate d’éthyle est :
H2N
C6H4
C
O
CH2
CH3
O
Masse volumique de (B) : = 0,79 g/mL.
Masses molaires en g .mol-1: M(E )=165 ; M(AH)=137; M(B) = 46.
1. Donner la formule semi-développée de AH et celle de B.
(0,5 pt)
2. Donner le nom de la réaction de formation de E et citer deux caractéristiques de cette réaction.
(01 pt)
3. On introduit une masse m(AH) = 1,30 g de AH, solide constitué de cristaux blancs et un volume V B = 17, 5 mL du
réactif B, dans un ballon de 100 mL, en présence de quelques gouttes d’acide sulfurique concentré.
Le mélange est chauffé à reflux pendant une heure.
Après réaction, séparation, purification et séchage on recueille 0,8 g du produit E.
3.1. Quel est le rôle de l’acide sulfurique dans cette réaction ?
(0,5 pt)
3.2. Quel est le réactif limitant? Justifier la réponse.
(1 pt)
3.3. Montrer que le rendement de la réaction est de 51%.
(1 pt)
EXERCICE 3 :
(04 POINTS)
Une bille de masse m = 50 g est suspendue en un point O par un fil inextensible
de longueur ℓ = 50 cm. On écarte le fil de sa position d’équilibre (OB) jusqu’au
point M0 repèré par l’angle 0 =
= 75° et on lance la bille dans le plan
O
Mo

vertical avec un vecteur vitesse v0 tangent au cercle de rayon ℓ et dirigé vers le bas.
M
On repère la position de la bille en M par l’angle  =
. (Voir figure ci-contre).

1. Exprimer la valeur de la vitesse v de la bille en M, en fonction des données,
à l’instant t.
(0,75 pt)
2. Exprimer la tension T du fil en M en fonction de v0, ℓ, 0, , g et m. (0,5 pt)
3. Le pendule, lancé avec la vitesse = 4,15 m.s-1, tourne dans un plan vertical.
x
A
B
sol
y
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Quand la bille passe au point A repéré par l'angle α =
= 45°, elle se détache et est libérée. On donne :
-2
g = 9,8 m.s .
3.1. Déterminer les caractéristiques du vecteur vitesse de la bille au point A.
(0,75 pt)
3.2. Déterminer, dans le repère orthonormé
), les équations horaires du mouvement de la bille après sa
libération.
(01 pt)
3.3. En déduire l'équation de la trajectoire de la bille après sa libération.
(0,5 pt)
3.4. Déterminer l'abscisse du d'impact I de la bille sur le sol horizontal qui se trouve à une distance h = 1,5 m au
dessous du point A.
(0,5 pt)
EXERCICE 4 :
(04 POINTS)
Les mouvements des planètes autour du Soleil, sous l’action de la force gravitationnelle, sont étudiés dans le
référentiel héliocentrique. On supposera que le Soleil, de centre O, a une distribution sphérique de masse. Une
planète P, considérée ponctuelle, de masse m, est en orbite circulaire de rayon r autour du Soleil de masse M.
1. Schématiser la situation et représenter la force de gravitation exercée par le Soleil sur la planète.
(0,25 pt)
2. Exprimer cette force en fonction de m, de r, de la constante de gravitation G, de la masse M du Soleil et du
vecteur unitaire qu’on choisira.
(0,5 pt)
3. Montrer que la planète P effectue un mouvement uniforme.
(0,5 pt)
4. Etablir alors l’expression de sa vitesse linéaire et de la période T de son mouvement en fonction de r,
G et M.
(0,75 pt)
5. Pour une planète donnée, établir la relation entre le carré de la période de son mouvement et le cube du rayon
de son orbite.
(01 pt)
6. Le tracé de la courbe a permis d’obtenir la figure ci-dessous.
Déterminer la masse M du Soleil. On donne : 1 U.A = 1,495.1011 m. ; G = 6,67.10-11 SI.
(01 pt)
EXERCICE 5 :
(04 POINTS)
Les fentes de Young permettent, entre autres dispositifs, de mettre en évidence le phénomène d’interférences
lumineuses.
Au cours d’une séance de travaux pratiques, des élèves doivent établir expérimentalement la relation entre la
distance a qui sépare les fentes de Young et l’interfrange i. Pour ce faire, ils réalisent le dispositif interférentiel de
Young. La source laser S, équidistante des deux fentes, produit une radiation lumineuse de longueur d’onde λ.
L’écran, parallèle au plan des fentes, est placé à une distance D = 1,000 m dudit plan.
La distance a entre les fentes est réglable (document 3).
Une fois le protocole validé par le professeur, les élèves mesurent l’interfrange i pour différentes valeurs de la
distance a entre les fentes et calculent le produit i.a
Les résultats obtenus sont consignés dans le tableau ci-après.
a(10-3m)
0,10
0,20
0,30
0,40
i(10-3m)
6,5
3,3
2,2
1,6
i.a
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5.1. Expliquer qualitativement le phénomène d’interférences lumineuses observé sur l’écran.
Quel caractère de la lumière l’expérience d’interférences lumineuses met en évidence ?
(0,5 pt)
5.2. Pour un point M de l’écran, d’abscisse , la différence de marche est donnée par :
= − = . Quelle condition doit remplir la différence de marche pour que le point M soit le milieu d’une frange
obscure ? Exprimer dans ce cas l’abscisse x du point M en fonction de , D, a et k(entier naturel).
(0,5 pt)
5.3. Définir l’interfrange. Etablir son expression en fonction de λ, D et a.
(0,5 pt)
5.4.
5.4.1. Reproduire le tableau ci-dessus et le compléter. Vérifier que l’interfrange i est inversement proportionnel à la
distance a qui sépare les fentes. Ce résultat est-il en accord avec la réponse fournie à la question 5-3 ?
(01,25 pt)
5.4.2. En déduire la valeur de la longueur d’onde de la radiation émise par le laser.
(0,5 pt)
5.5 Les élèves éclairent ensuite, avec le laser, une cellule photoélectrique. Le travail d’extraction est Wo=1,9 eV.
Quel phénomène observent-ils? Justifier la réponse. Préciser le caractère de la lumière mis en évidence
dans ce cas.
(0,75 pt)
-19
-34
Données : 1eV = 1,6.10 J ; constante de Planck h = 6,62.10 J.s ; vitesse de la lumière dans le vide
C = 3,000.108 m.s-1 . (BAC S2 2017)
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Corrigé devoir 2 – TS2 – 2017/2018
EXERCICE 1 (04 POINTS)
1. Formule générale : CnH2n+3N. (0,25 pt)
2.
2.1. Equation-bilan : CnH2n+3N +(H3O+ + C ) (CnH2n+3NH+ + C
2.2. Concentration molaire C1 : à l’équivalence, on a
2.3. Masse molaire de A :
-4-
) + H20. (0,5 pt)
mol/L. (0,5 pt)
g/mol ; Formule brute : C3H9N. (1 pt)
2.4. FSD et noms : CH3-CH2-CH2-NH2 (propan-1-amine) ; CH3-CH(NH2)-CH3 (propan-2-amine) ;
CH3-CH2-NH-CH3 (N-méthyléthanamine) ; (CH3)3N (N,N-diméthylméthanamine). (1 pt)
2.5. FSD et le nom de A : A est une amine tertiaire ; (CH3)3N ; N,N-diméthylméthanamine . (0,75 pt)
EXERCICE 2 (04 points)
1. Les formules semi-développées :
Formule semi-développée de AH : NH2-C6H4-CO2H
Formule semi-développée de B : CH3-CH2-OH (0,5 pt)
2. Nom de la réaction de formation de E : estérification directe.
Deux caractéristiques de cette réaction : réaction lente et limitée. (1 pt)
3.1. Rôle de l’acide sulfurique : catalyseur (0,5 pt)
3.2. Détermination du réactif limitant : on compare
On a:
et
et
On a : :
d’où l’acide 4-amino benzoïque noté AH est le réactif limitant. (1 pt)
3.3. Le rendement de la réaction :
. (1 pt)
EXERCICE 3 (04 POINTS)
1. Expression de vitesse de la bille en M :
O
Mo
TEC entre M0 et M:
. (0,75 pt)
M
2. Expression de la tension T du fil en M :
TCI :
; en projetant dans la base de Frenet (
–
) et suivant , on a
.
x
A
B
(0,5 pt)
3.
3.1. Caractéristiques du vecteur vitesse
:
sol
y
(0,75 pt)
3.2. Equations horaires du mouvement de la bille après sa libération : TCI :
; en projetant dans
le repère (Ax, Ay) on a :
. (1 pt)
3.3. Equation de la trajectoire :
En combinant les équations (1) et (2) on a :
3.4. Abscisse du d'impact I :
Au point I yI = h = 1,5 m
. (0,5 pt)
0
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. (0,5 pt)
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EXERCICE 4 (04 POINTS)
1. Schéma :
(0,25 pt)
-5-
t
F
(P, m)
n
(S, M)
u
O
2. Expression de la force :
. (0,5 pt)
3. TCI : :
P effectue donc un mouvement uniforme. (0,5 pt)
4. Expressions de v et de T :
. (0,75 pt)
5. Relation :
. (01 pt)
6. Masse M du Soleil : La courbe obtenue est une droite linéaire d’équation :
avec
. (01 pt)
EXERCICE 5 (04 POINTS)
5.1. Le phénomène d’interférences lumineuses résulte de la superposition de radiations issues de sources
lumineuses cohérentes ; il se traduit au niveau de l’écran par l’observation de franges brillantes qui alternent avec
des franges sombres.
L’expérience des interférences lumineuses met en évidence le caractère ondulatoire de la lumière. (0,5 pt)
5.2. Pour que le point M d’abscisse x soit sur une frange sombre, la différence de marche δ doit être un multiple
entier impair de la demi-longueur d’onde :
⇒
. (0,5 pt)
5.3. L’interfrange(i) est la distance qui sépare les milieux de deux franges consécutives de même nature.
i = xk+1−xk ⇒
5.4.1. Tableau :
a(10-3m)
i(10-3m)
i.a(10-6m2)
. (0,5 pt)
0,10
6,5
0,65
0,20
3,3
0,66
0,30
2,2
0,66
Le tableau montre que le produit i.a=cste=C≈0,65.10−6m2⇒
.
L’interfrange i est donc inversement proportionnelle à la distance a entre les sources.
Ce qui est en accord avec l’expression établie en 5.3.En effet on a∶
=cste
5.4.2. Longueur d’onde : λ.D=i.a=0,65.10−6⇒
5.5.
=
⇒
; soit =
0,40
1,6
0,64
. (1,25 pt)
. (0,5 pt)
.
On a bien < , il y a émission d’électrons par la cathode de la cellule : c’est l’effet photoélectrique.
L’effet photoélectrique met en évidence le caractère corpusculaire de la lumière. (0,75 pt)
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