DS 1S

DS
6
Corrigé - Jeudi 31 mars 2016
1S9
Exercice 1
Électrophorèse
5,5 points
Le dispositif permet d’obtenir un champ électrique uniforme car il est équivalent à un condensateur plan
(deux plaques conductrices planes et parallèles sur lesquelles on applique une différence de potentiel).
1.1
1.2
1.3 Les molécules doivent être ionisées car un champ électrostatique n’exerce pas de force sur des particules
→
−
→
−
électriquement neutres ( F = q · E ; le champ est uniforme donc si q = 0, la force appliquée est nulle et il ne
peut y avoir de migration).
1.4 La force doit être orientée de la plaque négative (cathode) vers la plaque positive (anode). Le champ
électrostatique est au contraire orienté de la plaque positive vers la plaque négative. La charge des ions doit
→
−
→
−
donc être négative car F = q · E .
1.5
La force est proportionnelle à la charge (F = |q| · E) donc, à taille égale, les molécules qui gagnent
deux électrons migrent plus vite que les molécules qui gagnent un seul électron.
Par ailleurs, les grosses molécules migrent moins vite que les petites molécules.
1.6 La norme de la force électrostatique s’exprime F = |q| · E, soit : F = e · E . A.N. : F = 1,6 × 10−19 ×
2000 = 3,2 × 10−16 N.
Exercice 2
La fusion du soufre
5 points
2.1
Le soufre est un corps pur qui fond donc à température constante : d’après le tracé, la température
de fusion du soufre solide est donc de 112 ° C (palier de fusion).
2.2 L’échauffement de l’échantillon analysé de 20 ° C à 112 ° C a nécessité 10 min : la quantité d’énergie
consommée est donc : Eéch = 123 × 10 = 1230 mJ = 1,23 J.
2.3 La fusion de l’échantillon de soufre solide a nécessité 6 min : la quantité d’énergie consommée est donc
Ef us = 123 × 6 = 738 mJ = 0,738 J.
2.4
L’énergie de fusion molaire du soufre solide est définie par la relation : Em,f us =
Ef us
où n désigne
n
la quantité de matière de soufre (S8).
0, 15
0, 738
m
n=
=
= 5,84 × 10−4 mol d’où Em,f us =
= 1263 J · mol−1
M
8 × 32, 1
5,84 × 10−4
2.5
D’après les unités, on peut définir la puissance P en fonction de E et ∆t par la relation : P =
A.N. : P =
123 × 10−3
= 2,05 × 10−3 J · s−1 = 2,05 × 10−3 W
60
E
∆t
Lycée Camille Vernet
Exercice 3
3.1
DS n° 6 - 1S9 - Corrigé - Jeudi 31 mars 2016
Du haut d’un pont
2/3
7 points
Faire un schéma correspondant à ce problème (les points A, B, C et le niveau de l’eau doivent figurer).
z
B
A
O
3.2
C
Expression et calcul des énergies :
• Énergie cinétique en A : EcA =
1
1
m · VA2 A.N. : EcA = 65 × 10−3 · 5, 02 = 8,1 × 10−1 J
2
2
• Énergie potentielle de pesanteur en A : EppA = m · g · h A.N. : EppA = 65 × 10−3 · 9, 8 · 4, 5 = 2,87 J
• Énergie mécanique en A : EmA = EcA + EppA A.N. : EmA = 8,1 × 10−1 + 2, 87 = 3,68 J
3.3
La valeur de Em reste constante au cours du mouvement de la pierre car les frottements sont négligeables. Il y a donc conservation de l’énergie mécanique : Em = constante et ∆Em = 0 J.
L’énergie cinétique EcB de la pierre à cette hauteur est nulle car sa vitesse s’annule avant de chuter.
V2
EmA
L’énergie mécanique se conserve donc EmA = EmB = m · g · H d’où H =
ou H = h + A .
m·g
2·g
2
3.68
5, 0
A.N. : H =
= 5,78 m ≈ 5,8 m ou H = 4, 5 +
≈ 5,8 m
−3
2 × 9, 8
65 × 10 · 9, 8
3.4
3.5
L’énergie potentielle de la pierre au moment où elle pénètre dans l’eau EppC est nulle car l’eau est
l’origine des énergies potentielles.
Les frottements sont négligeables donc ∆Em = 0 J d’où EmA = EmB = EmC .
r
q
1
2EmA
2
Soit EmA = EcC = m · VC d’où VC =
ou VC = VA2 + 2 g · h .
2
m
r
p
2 × 3, 68
A.N. : VC =
= 10,6 m · s−1 ou VC = 5, 02 + 2 × 9, 8 × 4, 5 = 10,6 m · s−1
−3
65 × 10
3.6
A.N. : VC = 10,6 m · s−1 = 38,3 km · h−1
Lycée Camille Vernet
Exercice 4
DS n° 6 - 1S9 - Corrigé - Jeudi 31 mars 2016
Q.C.M - À propos des champs
2,5 points
Questions
1. Le champ de pesanteur localement :
3/3
Réponses
est un champ scalaire
est un champ vectoriel
est uniforme
a une valeur dépendant de l’altitude
2. Le champ de pression atmosphérique :
est un champ scalaire
est un champ vectoriel
est uniforme
a une valeur dépendant de l’altitude
→
−
3. Les lignes de champ magnétique B sont :
→
−
tangentielles et dans le sens de B en chaque point
→
−
tangentielles et dans le sens opposé à B en chaque point
orientées du Nord vers le Sud
orientées du Sud vers le Nord
4. La force s’exerçant dans un champ
électrique :
a la même direction que le champ
est perpendiculaire au champ
est toujours dans le même sens que le vecteur champ
peut être dans le sens contraire au vecteur champ
5. Parmi les figures suivantes (a),(b),(c),(d)
et (e), laquelle représente le spectre du
champ magnétique d’un aimant droit ?
(a)
(b)
(c)
d)
(e)