Sadiki Cherchari Ke=10

Collège Sadiki
Dimanche 09 -04-2017
Devoir de contrôle n° : 3
Sciences physiques
4ème Maths
Profs : Hrizi-Abid-Fkih-Medyouni et
Cherchari
Durée : 2h30 heures
Chimie ( 7 points . 50 min )
Toutes les solutions sont prises à 25°C, température à laquelle le produit ionique de l’eau pure est Ke=10-14.
On dispose au laboratoire de chimie du collège Sadiki d’une solution aqueuse S1 d’un monoacide AH de
concentration molaire C1, on prélève un volume V1=10 mL de cette solution qu’on verse dans un bécher. Le
dosage pH-métrique de S1 par une solution aqueuse SB1 d’hydroxyde de potassium KOH (base forte), de
concentration molaire CB1=5.10-3 mol.L-1, a permis de tracer la courbe de dosage sur la figure ci-dessous.
Sur le même graphe, on superpose une deuxième courbe donnant l’évolution du pH = f(VB) obtenue par
dosage pH-métrique d’un volume V2=V1 de la même solution aqueuse S1 par une solution SB2 d’hydroxyde de
potassium de concentration molaire CB2 avec CB2 >CB1. Voir figure 1. Chaque dosage est fait sans ajout
d’eau.
pH
C’
C
Figure-1-
2
1
Vb(mL)
10
’
1°/ a) Déterminer graphiquement les coordonnés des points d’équivalence E et E respectivement des courbes
’
de dosage C et C .
b) Déduire que AH est un acide faible.
2°/ a) Définir l’équivalence acido-basique. Déduire que CBVBE =C1V1.
b) Affecter, en le justifiant, Les courbes (c) et (c’) aux dosages correspondants.
c) Calculer la concentration molaire CB2.
3°/ L’acide AH est l’acide éthanoïque CH3COOH (acide faiblement ionisé) de pKa=4,8.
a) Écrire l’équation de la réaction qui se produit au cours des deux dosages.
b) Déterminer la concentration molaire C1 de l’acide CH3COOH.
c) Calculer :
* Le pH de l’acide avant l’ajout de la base.
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* Le pH du mélange à l’équivalence pour chaque dosage.
4°/ On réalise chaque dosage en présence d’un indicateur coloré convenablement choisi parmi les suivants.
Indicateur coloré
Teinte acide
Zone de virage
Teinte basique
Hélianthine
Rouge pH<3,2
Jaune pH>4,4
Rouge de méthyle
Jaune pH<4,6
B.B.T
Jaune pH<6
phénolphtaléine
Incolore pH<8,2
3,2  pH 4,4
orangé
4,6  pH  6
orangé
6  pH 7,6 vert
8,2 pH 10 rose clair
Rouge pH>6
Bleue pH>7,6
Rose pH>10
a) Rappeler la définition d’un indicateur coloré.
b) Que veut dire un indicateur coloré convenablement choisi pour un dosage acide-base
c) Faire correspondre à chaque dosage l'indicateur approprié.
5°/ A un volume Va =20 mL d’une solution d’acide éthanoïque de concentration molaire Ca =10-2 mol.L-1 on
ajoute un volume V2 d’une solution d’éthanoate de sodium (Na+ + CH3COO-) de concentration molaire
C2=5.10-3 mol.L-1 et quelques gouttes de rouge de méthyle.
a)
Pour quelle valeur de V2 le pH de la solution est égal à 4,8.
b)
Donner la couleur de la solution.
c)
Calculer la concentration molaire de chaque entité chimique présente dans le mélange.
Physique (13 points )
Exercice 1 ( 4 pts. 20 min) :
Une corde élastique homogène de longueur infinie est tendue horizontalement entre l’extrémité S d’une
lame vibrante et un point A ou se trouve un dispositif qui empêche la réflexion des ondes. Lorsque la lame
vibre, le point S effectue un mouvement rectiligne sinusoïdal d’amplitude a et de fréquence N. La corde est le
siège d’une onde progressive transversale qui se propage sans amortissement avec une célérité V=20 m.s -1.
Le mouvement de la source commence à la date t=0s à partir de sa position d’équilibre. On donne, à la date
t1, l’aspect de la corde est schématisé par
la figure 1.
1- Déterminer à partir du graphe :
a- L’amplitude a.
b- La longueur d’onde . Déduire la
fréquence N de l’onde.
c- L’abscisse xf du front d’onde à la
date t1. Déduire t1.
d- La phase initiale S. Écrire la loi
horaire de mouvement de la source
S yS=f(t).
2- Soit un point M de la corde, d’abscisse x par rapport à la source S. En appliquant le principe de
propagation, écrire l’équation horaire du mouvement du point M.
3-Déterminer les lieux des points qui, à la date t1, ont une élongation égale à : 
a
et se déplacent dans le
2
sens négatif.
Exercice 2 :(2 pts. 12 min)
Un haut-parleur (HP) branché à un GBF, produit des vibrations sinusoïdales dans l'espace qui l'entoure. Un
microphone (M) est branché sur la voie B d'un oscilloscope. La voie A étant reliée au (HP) (fig-2-). On obtient
sur l'écran de l'oscilloscope les deux graphes suivants (fig-3-).
Les réglages de l'oscilloscope sont :
Sensibilité verticale : 1 div pour 1 V sur
les deux voies A et B
Balayage horizontal : 1 div pour 0,1 ms
1°/ Identifier le graphe traduisant le son
capté par le microphone ? Justifier la
réponse.
2°/ a) Calculer la fréquence du signal
émis par le GBF
b) Sachant que le son se propage
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dans l’air environnant, à la célérité
V = 340 m.s-1. Calculer la longueur d’onde  du son émis par le hautparleur.
3°/ a) déterminer le retard du signal capté par le microphone par rapport à celui émis par le (HP)
b) En déduire les distances possibles d séparant le microphone du haut-parleur (sachant que 0<d<0,2m et on
suppose que la membrane du HP coïncide avec l'origine du repère).
Exercice n °3 ( 7 pts. 68 min )
Un solide (S) de centre d’inertie G, de masse m=200 g et pouvant glisser sur un plan horizontal, est relié à
l’extrémité d’un ressort horizontal (R) de masse négligeable, de raideur k et
(S)
dont l’autre extrémité est fixe. Lorsque
(S) est dans sa position d’équilibre, G
(R)

occupe l’origine du repère (O, i ) d’axe Ox horizontal (figure 1).Un excitateur


approprié exerce sur le solide (S) une force F =Fm sin t i où l’amplitude Fm est
O i
x
constante et la pulsation  est réglable. (S) est à une force de frottement de
FigFig.
1



5
type visqueux f  hv avec h est un coefficient positif et v est la vitesse de G.
L’équation différentielle régissant les variations de l’élongation x(t) est m
d2 x
dx
h
 Kx  F(t) , dont la
dt
dt
solution est x(t)=Xm sin ( t  ) .
1- a- Ces oscillations sont dites forcées, expliquer ce terme.
b- Donner l’unité internationale du coefficient de frottement h.
2- a) En utilisant une construction de Fresnel, Déterminer l’expression de l’amplitude Xmax des oscillations en
fonction de Fm, h, K, m et .
b) Établir l’expression de la pulsation r à la résonance d’élongation en fonction de 0 , h et m.
3a- Montrer qu’à la résonance d’élongation, l’amplitude des oscillations est Xmre 
Fm
h 02
h2
4m2
b- En utilisant l’analogie électrique mécanique, montrer qu’à la résonance de vitesse l’amplitude des
oscillations est Vmrv 
Fm
h
4- A l’aide d’un dispositif approprié on mesure pour différentes valeurs de , l’amplitude Xm des oscillations de
G et l’amplitude Vm de la vitesse de
passage de ce point par la position
Xm(m) ; Vm(m.s-1)
O. Les résultats des mesures ont
permis de tracer les courbes Xm()
0,046
et Vm() de la figure 2
0,4
a) Identifier en le justifiant, la
courbe qui correspond à Xm ().
Figure-2b) Lire la valeur 0 de la pulsation
propre du résonateur et déduire la
valeur de k.
c) Déterminer la valeur du
coefficient de frottement h.
d) Déduire la valeur de Fm.
5- La pulsation de la force
excitatrice est égale à la pulsation
propre 0.
a- Montrer que la puissance
mécanique moyenne consommée
(rad.s-1)
par le résonateur est maximale.
Calculer sa valeur.
10
b- Écrire, dans ces conditions
l’expression de la force de frottement f(t).
6- On change le liquide amortisseur ; on constate qu’on n’obtient plus le phénomène de résonance
d’élongation. Déterminer la valeur limite du coefficient de frottement.
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