Simili N° 3 2ème Bac SM biof A.S : 2019-2020 Physique 13points Exercice 1 : Quelques propriétés de Plutonium : 3points L’uranium extrait des minerais contient deux isotopes essentiels à des abondances 99,3% d’Uranium 238 et 0,7% de l’uranium 235. La fission de l’uranium 238 aboutit à la formation du plutonium 241 selon la transformation modélisée par l’équation nucléaire suivante : 238 92𝑼 − une particule émise. − + 𝒙. 𝒏 ⃗⃗⃗ 241 𝑷𝒖 + 𝒚. 𝜷 Avec n représente un neutron et 94 Le plutonium 241 formé est fissible sous l’action d’un bombardement neutronique avec émission des particules . 1- Choisir la proposition correcte : la fission nucléaire : Pr :A. Aboutaher a- Est non polluante b- Est spontanée c- A lieu lorsqu’on bombarde un noyau léger pour donner deux noyaux relativement lourds d- Provoquée car on bombarde un noyau lourd par des neutrons − − 2- Déterminer l’énergie de masse de la particule 3- Déterminer x et y, justifier. 241 94 98 1 Pu+ 01 n → 141 55 Cs+ 39Y+3 0 n L’équation de fission de plutonium 241 est 2-1 : Déterminer en Mev l’énergie EF libérée lors de la fission d’un atome de plutonium.241. 2-2. Est-ce que cette réaction peut être en chaine ? justifier − Pu → 95 Am + Le plutonium 241 se désintègre selon : 94 241 3-1. Calculer l’énergie de liaison de 95 Am et comparer son énergie de liaison par nucléon à 241 celle de 241 94 241 − Pu − 3-2. Calculer en Mev ED l’énergie libérée de désintégration de EF 3-3. Calculer le rapport ED 241 94 Pu 3-4. Relier les deux énergies EF et ED aux interactions nucléaires suivantes. a : les intégrations fortes entre les nucléons b- les interactions faibles entre un nucléon et un électron L’étude expérimentale a permis de tracer la courbe suivante 1 t1 4-1. Déterminer la valeur de 2 4-2 : Calculer la date au bout de laquelle 75% soit désintégré. Données Exercice 2 : Etude du circuit RLC On réalise le montage représenté ci-contre et qui est constitué d’un - Générateur idéal de tension E=6V - Conducteur ohmique de résistance R = 50 - Un condensateur de capacité C = 0,9 F - Une bobine idéale d’inductance L - Un interrupteur K 1- l’interrupteur K est fermé depuis une longue durée: 1.1Montrer que la tension aux bornes de la bobine est nulle 1.2- Calculer la charge du condensateur et l’intensité du courant qui lui traverse. 1.3- Calculer l’intensité du courant I0 circulant dans le circuit 2- ou ouvre l’interrupteur K à un instant pris comme origine des dates. 2-1- représenter le circuit électrique étudié et montrer brancher l’oscilloscope pour visualiser Uc 2-2- Etablir l’équation différentielle vérifiée par Uc 2-3- Sachant que la solution de cette équation s’écrit sous la forme : 2 U c (t ) = U m .cos( t + ) Pr :A. Aboutaher T0 2 a- Trouver l’expression de T0 en fonction de C et L b- Déterminer la phase . c- Trouver l’expression de Um en fonction de E, R, C et L 2-4- -Sachant que T0=3,2ms, a- Déterminer L et écrire l’expression numérique de Uc(t) b- Montrer que l’énergie totale du circuit se conserve et calculer sa valeur Exercice 3 : Sport de plongeon La ligue internationale de la natation a organisé à barcalon d’Espagne une compétition de sport de plongeon du 13 au 17 Juillet 2003. Dans cet exercice, on propose d’étudier deux phases : La première phase du saut du plongeur de centre d’inertie G et de masse m=70kg et la deuxième phase de plongeoir dans l’eau de la piscine. ⃗ 𝒋) comme le montre L’étude se fait dans plan vertical associé à un repère orthonormé (𝑶, 𝒊, la figure 1. L’origine O du repère se trouve à la surface de l’eau de piscine. On prend g = 9,8m/s2. Phase 1 : Etude du saut du plongeur On néglige l’action de l’air et on étudie que le centre d’inertie du plongeur. Données : y0 = 4m ; V0 = 4m/s ; α = 78,5° ; g = 9,8m/s2. 1- En appliquant la 2ème loi de Newton, établir les deux équations horaires X(t) et y(t) du centre d’inertie du plongeur et déduire l’équation de la trajectoire. On choisit l’instant du saut comme origine des dates. Le centre d’inertie passe par un point S située à la plus grande hauteur de la surface de l’eau de piscine à un instant tS. 2- Déterminer tS et calculer la hauteur H qui sépare S de la surface de l’eau. La main du plongeur touche la surface de l’eau de piscine à un instant t1 tel que le centre d’inertie G se situe à y1=1m de la surface d’eau. 3- Trouver l’expression de la vitesse V1 à l’instant t1 en fonction de V0, g, y0 et y1. Phase 2 : Etude du mouvement lors de plongeoir On considère que le mouvement du plongeur est vertical et la profondeur de l’eau de piscine est 5m. la figure 2 représente une modélisation de la variation de l’ordonnée y en fonction du temps sachant que dans ce sport le plongeur doit toucher avec ses doigts le fond de la piscine. On désigne par V le volume du plongeur et par ρ la masse volumique de l’eau. Le plongeur est soumis aussi à une force des forces d’intensité 𝒇 = 𝑲. 𝒗𝑮. 2 avec K est une constante positive. 1- Représenter sans échelle les forces exercées sur le plongeur 2- On note vy la coordonnée du centre d’inertie G, montrer que 𝒅𝒗𝒚 𝑲 𝝆. 𝑽 )=𝑶 = − . 𝒗𝒚. 2 + 𝒈 (1 − 𝒅𝒕 𝒎 𝒎 3- On désigne par Frésultante = F+f. Comparer Frésultante à P d’une part au régime permanent et d’autre part au régime transitoire. Justifier 4- Déterminer graphiquement la vitesse limite vp 3 5- Déduire K. On donne V=6,5.10-2m3 et ρ = 103 Kg.m-3 Pr :A. Aboutaher Pr :A. Aboutaher Exercice 4 : les oscillations forcées Un générateur basse fréquence (GBF) délivre à ses bornes une tension u(t) alternative sinusoïdale de valeur efficace 12 constante U= √2 𝑉 et de fréquence N réglable. Ce Pr :A. Aboutaher générateur alimente un circuit série comportant un conducteur ohmique de résistance R, une bobine d’inductance L et de résistance r, un condensateur de capacité C, un milliampèremètre et un interrupteur K (figure ci-contre). Expérience 1 On ferme l’interrupteur K et on mesure l’intensité efficace I du courant électrique qui circule dans le circuit pour différentes valeurs de la fréquence N. l’évolution de I en fonction de N représentée par la figure 1 1- A la résonance de l’intensité, déterminer graphiquement Les valeurs N0 et IO On règle la fréquence sur la valeur N=N0 et on branche en parallèle aux bornes du 10 conducteur ohmique un voltmètre qui affiche une valeur √2 𝑉 . a- Déterminer la valeur de R b- Déduire la valeur de r c- Trouver C en fonction C et N0. 4 Expérience 2 La fréquence N est maintenant fixée à une valeur N1 différente de N0. Cette fréquence N1 est égale à l’une des deux valeurs -257,5Hz ou 285Hz signalées sur la figure 1. Un oscilloscope convenablement branché a permis de Pr :A. Aboutaher visualiser simultanément les tensions U(t) et UR(t) respectivement sur ses vois X et Y et on obtient les oscillogrammes de la figure 2. 4-a- Sachant que la sensibilité verticale est la même pour les deux voies X et Y de l’oscilloscope, montrer que l’oscillogramme (C1) correspond à u(t) 4-b- En exploitant les oscillogrammes de la figure 2, justifier que N1 est différente de N0. 4-c- Justifier de la figure 2 que le circuit est inductif. Préciser alors laquelle des deux valeurs de N celle qui correspond à N1. 4-d- Déterminer le déphase entre u(t) et i(t) Pr :A. Aboutaher 5- a- Calculer l’impédance Z du circuit 2𝜋𝑁1 .𝐿− 1 2𝜋𝑁1 .𝐶 5-b- On admet la relation suivante : tan(φ) = 𝑅+𝑟 En exploitant la relation déduite de la question2-c déduire L et C 6- Calculer la puissance moyenne à l’expérience 1 et l’expérience 2, conclure 5 Exercice 5 6 Chimie (7points) Partie II. Electrolyse de la solution aqueuse de chlorure de sodium On se propose de synthétiser le gaz de dichlore par électrolyse de la solution (Na++ Cl-). La figure ci-contre représente le schéma du dispositif expérimental de l’électrolyse. Lors de l’analyse des produits de l’électrolyse, on constate : Dégagement du gaz de dichlore Cl2 au niveau d’un électrode Dégagement du gaz de dihydrogène H2 au niveau de l’autre électrode et apparition des ions hydroxydes HO-. On donne les couples ox/red suivants : H2O/H2 ; Cl2/Cl- ; O2/H2O ; ClO-/Cl2 1- Déterminer les deux couples intervenant à l’électrolyse étudiée 2- Choisir la proposition correcte par les propositions suivantes : a- L’électrode A est l’anode siège d’une oxydation b- L’électrode B est l’anode au niveau de laquelle se dégage Cl2 c- L’électrode B est l’anode au niveau de laquelle se dégage H2 3- Ecrire les demi-équations au niveau de chaque électrode et vérifier que la réaction bilan est : 2𝑯2 𝑶 + 2𝑪𝒍− → 𝑯2 + 𝑪𝒍2 + 2𝑯𝑶− L’électrolyse a duré 1h et un courant I=20A traverse l’électrolyse 4- Calculer le volume de Cl2 dégagé pendant 1h. Données : F=96500C/mol , Vm=24L/mol Partie 2 : Formation de l’acide lactique dans le sang Lors d’un exercice sportif, le corps humain forme l’acide lactique C3H6O3. La présence de cet acide dans le sang lui permet de réagir avec les ions d’hydrogénocarbonate HCO3- la base conjuguée de l’acide carbonique CO2,H2O. Cet exercice a pour objectif d’étudier le comportement de l’acide lactique dans le corps humain lors d’un exercice sportif. A 37°C, pKA1 (CO2,H2O / HCO3-) =6,10 et pKA2 (HLac / Lac-) = 3,86. A 37°C, un litre du sang normal contient n1=2,7.10-2mol de HCO3- et n2 =1,4. 10-3mol de l’acide carbonique CO2,H2O. [𝐇𝐂𝐎3−] 1- Etablir la relation suivante 𝒑𝑯 = 𝒑𝑲𝑨1 + 𝒍𝒐𝒈 ⌊𝑯 𝑪𝑶 ⌋ et déduire pH du sang de l’homme 2 3 au repos. 2- Représenter le diagramme de prédominance du couple CO2,H2O / HCO3Et déduire que la réaction produite dans le sang est HCO3-(aq) +Hlac (aq) ⃗⃗⃗⃖⃗⃗⃗ CO2,H2O(aq) + lac- (aq) 3- Ecrire la constante d’équilibre K et calculer sa valeur Lors d’un exercice musculaire, le corps du sportif a sécrété n1=8.10-4mol de l’acide lactique dans un litre du sang. 4- Tracer les tableau d’avancement et déduire les concentrations des ions HCO3- et de CO2,H2O 5- Déduire le nouveau pH du sang 7
