DEVOIR 3 1S1 22-23

LYCEE SMF/CELLULE DE SCIENCES PHYSIQUES
ANNEE SCOLAIRE : 2022-2023
DEVOIR N°3 DU PREMIER SEMESTRE
NIVEAU : 1S1
DUREE : 3H
EXERCICE 1 : (6 points)
Les parties I et II sont indépendantes
I°) 1-On réalise la combustion complète d’un volume V de gaz d’un alcane A avec un volume V’ de dioxygène tel que
V’=KV où K est un entier positif. L’alcane contient x atomes de carbone.
a-) Ecrire l’équation bilan de la combustion
b) Exprimer le nombre x d’atomes de carbone en fonction de K.
c) Déduire la formule brute de A pour K = 8
2- Proposer les formules semi développées possibles de A et leurs noms.
3- La monochloration d’une masse m = 10 g de A en présence de lumière donne une masse m’ d’un composé unique
B avec un rendement de 20%
a) Identifier la formule semi développée exacte de A
b) En déduire celle de B et son nom
c) Calculer la masse m’ de B.
II°) 1-Donner la formule générale d’un alcane contenant n+1 atomes de carbone dans sa molécule.
2- Au cours des réactions de substitution sur l’alcane on remplace des atomes d’hydrogène par q atomes de fluor et z
atomes de chlore. Donner la formule brute du produit obtenu.
Les fréons désignés par la formule générale Cn+1Hp-1FqClz sont appelés fréons « npq ». Exprimer z en fonction n, p et
q. En déduire la formule du fréon « 114 ».
EXERCICE 2 : (8points)
Une bille b1 de masse M = 40 g est lâchée en A avec une vitesse nulle. Elle glisse sur une portion de piste formée de
trois parties AB, BC, CD (voir figure) AB est un arc de cercle de rayon R = 2,5m, de centre O et tel que
^ ) =π/2. La partie BC est horizontale. Toute la trajectoire est située dans le plan vertical. On donne
α = ( AOB
g = 10m/s2. En B’ elle percute une bille b2 de masse m =10g.
1°) a)-Exprimer les vitesses VM et VB de la bille b1 en M et B en fonction de g, Ө et R
b) En déduire la valeur de la vitesse d’arrivée en B’ juste avant le choc
}. Elles abordent le plan horizontal
c) Après le choc en B’, les billes restent collées et forment un système {
B’C de longueur L = 50 cm sur lequel s’exercent des forces de frottement d’intensité constante f avec une vitesse
V’=7m/s. Déterminer l’intensité des forces de frottement f sachant qu’elles arrivent en C avec une vitesse VC = 5m/s
2°) La partie CD est un arc de cercle de centre O et de rayon r = 6m. On repère le centre d’inertie du système par
l’angle Ө = ̂ ). On donne Ө0= ̂ ) = 60°
a) Déterminer l’expression de la vitesse
du centre d’inertie du système au point M’ en fonction de Ө, g ,r, VC et
Ө0.
b) On montre par une loi physique que la réaction de la piste sur le système en M’ est donnée par l’expression :
)
)
Donner l’expression de R en fonction de m, M, Ө0 ,Ө, r et VC.
c) Déterminer l’angle Ө1 au point K où la bille quitte le plan CD. En déduire la valeur VK de la vitesse en ce point
3°) A l’instant t = 0 les billes quittent le point K avec la vitesse ⃗ de valeur VK= 6,8m/s faisant un angle Ө1 = 30°
avec l’horizontale.
3-1/ Déterminer les coordonnées
de la vitesse ⃗ dans le repère
), K étant l’origine de ce repère.
3-2/ On montre par une loi physique que l’équation de la trajectoire dans le repère
) est :
a) Donner l’équation numérique de la trajectoire
b) Déterminer les coordonnées du point d’impact E des billes sur le sol sachant que K est à une hauteur de h = 6m du
point E
c) Déterminer la vitesse des billes au point E
4) Après avoir heurté le sol en E les billes effectuent un premier rebond parabolique de hauteur h1, puis un deuxième
rebond de hauteur h1/2 puis un troisième rebond de hauteur h1/4 etc….On voit donc d’un rebond au suivant la hauteur
à laquelle s’élèvent les billes au moment de la parabole qu’elles décrivent se trouve diviser par 2.
a) Exprimer la hauteur hn du nième rebond en fonction du nombre n de rebonds et de h1.
b°) Calculer la valeur de h10 sachant que h1= 2m.
c) Après le nième rebond le système arrive en F avec une vitesse VF = VE/n où il aborde un plan incliné d’un angle
= 30° par rapport à l’horizontal et rencontre l’extrémité d’un ressort de raideur k se trouvant à une distance L de F et
le comprime de x (voir figure)
Exprimer n en fonction de L, x, m, M et k.
d) Calculer le nombre n de rebond pour x = 5cm, k = 300N.m-1, L = 15cm.
EXERCICE 3 : (6 points)
FIN DU SUJET