Examen Blanc Sciences Physiques - Lycée Najib Mahfoud

L’usage de la calculatrice scientifique non programmable est autorisé.
On donnera les expressions littérales avant de passer aux applications numériques.
Le sujet comporte 5 exercices :
Exercice 1 : Etude la pile Cuivre-Aluminium
Exercice 2 :
Partie I : Ondes lumineuses
Partie II : Nucléaire
Exercice 3 :
- Dipôle RL
- Les oscillations libres dans un circuit RLC
Exercice 4 :
Partie I : Mouvement d’un skieur
Partie II : Pendule Pesant
Examen Blanc 2024
Option : Sciences Physiques
3h
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Préparer par le professeur Samir LOQMANE

ةحفصلا
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Safi
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Exercice 1
Les piles électriques sont des dipôles actifs qui convertissent une partie de l'énergie
chimique issue d'une réaction d'oxydo-réduction en énergie électrique. Cet exercice vis
à étudier la pile "cuivre-aluminium".
La première demi-pile est constituée d'une plaque de Cu(S) partiellement immergée
dans une solution aqueuse de sulfate de cuivre II (
 +
 ) de concentration
C0 = [
]i et de volume V=60mL.
La deuxième demi-pile est constituée d'une plaque d'aluminium Al(S) partiellement
immergée dans une solution aqueuse de chlorure d'aluminium (
+ ) de même
concentration C0 et de même volume V.
On relie les deux demi-piles par un pont salin d'une solution aqueuse gélifiée de
chlorure d'ammonium (
) + 
).
On relie les électrodes de la pile par un conducteur Ohmique de résistance R, un
ampèremètre numérique, et un interrupteur de courant K.
On ferme l’interrupteur K à l’instant t0 = 0, on observe que l’ampèremètre indique une
valeur de I, que l’on considère comme constante au cours du temps. La courbe ci-
dessous représente l'évolution de la concentration [Al3+]t des ions aluminium présents
dans la deuxième demi-pile en fonction du t.
Données :
La constante d'équilibre associée à la réaction entre le métal cuivre et l'ion aluminium:
2Al3+(aq) + 3Cu(s)  2Al(s) + 3Cu2+(aq) est K = 10-20 ;
Masse molaire du cuivre :
M(Cu) = 63,5 g.mol-1 ; Masse molaire de l’Argent : M(Al) = 27 g.mol-1 ;
Constante de Faraday F = 96500 C.mol-1 ;
Les deux métaux sont utilisés en excès.
1) Dessiner le schéma expérimental de
cette pile.
2) Calculer Qr,i le quotient de réaction dans
l'état initial du système et déduire le sens de
son évolution spontanée, puis réécrire
l’équation de la réaction.
3) Déterminer la polarité de la pile en
justifiant votre réponse, puis écrire la
réaction qui se produit à côté de chaque
électrode en précisant son type.
4) Donner la représentation
conventionnelle de cette pile électrochimique.
5) Dresser le tableau d’avancement et Déterminer le réactif limitant et l’avancement maximal
xmax.

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6) Montrer que l'expression de la concentration molaire effective des ions Al3+ s'écrit sous la
forme suivante : [Al3+](t) = a.t + b, en spécifiant l'expression de a et b en fonction de C0, I, F
et V.
7) A partir de la courbe, trouver la valeur de l’intensité du courant électrique I donné par la
pile. 8) Déterminer la valeur de l'avancement de la réaction x(t1), à l'instant t1=15min, puis
calculer la valeur de la concentration en ions cuivre II à cet instant.
9) On laisse la pile fonctionner jusqu’à son épuisement total. Déterminer la durée de vie tvie
de la pile en (min).
10) Calculer la masse m consommée du métal ayant réagi, et la masse m'du métal formé.
Exercice 2
Partie I : Ondes lumineuses
- Pour déterminer la valeur de la longueur d'onde λ, d'une source (S) laser, on réalise
l'expérience de diffraction en utilisant
plusieurs fils fins de diamètres a différents.
- On envoie un faisceau fin de la source sur
chacun des fils et on obtient sur un écran (E)
situé à D=2,5m du plan vertical contenant le
fil, une figure de diffraction constituée de
taches lumineuses claires et sombres.
Pour chaque fil on mesure la largeur L de la
tache centrale sur l'écran. Les mesures
effectuées ont permis le tracé de la courbe L
en fonction de 1/a.
On donne : c =3.108 m.s-1 ; D >> L ; tanθ=θ pour θ petit.
1) Faire le schéma du montage permettant de mettre en évidence le phénomène étudié et
préciser la condition de son obtention ainsi que la nature de la lumière.
2) Déterminer la relation entre D, L, λ et a.
3) Déterminer à partir de la figure les valeurs de λ et de υ la fréquence du laser.
4) On place dans l'espace entre le plan contenant le fil de diamètre a et l'écran, une plaque
transparente en verre d'indice de réfraction n.
4-1/ Soit L’la largeur de la tache centrale apparaissant sur l'écran. Montrer que L=nL’
4-2/ Calculer n sachant que la largeur de la tache verticale a varié de 30%.
Partie II : Nucléaire
Le Rhénium 
 est radioactif β-. il est utilisé en radiothérapie dans le but de
soulager la maladie rhumatoïde. Le noyau résultant de la désintégration du noyau Re
est l'Osmium 
.
1) Ecrire l'équation de cette désintégration en déterminant les valeurs de A et Z.
2) Dans un hôpital, un technicien a préparé un flacon de volume V0= 10mL d'une solution de
Rhénium 186 dont l'activité à l'instant de préparation est a0=3,7.109 Bq.

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2-1/ Calculer la masse du Rhénium 186 contenue dans le flacon.
2-2/ La solution préparée est utilisée pour examiner deux patients : pour le premier, l'injection
a eu lieu un jour après la date de préparation de la solution et pour le deuxième,5 jours après
cette date. Sachant que l'activité de la dose injectée doit être égale à 7.107Bq. Calculer le
volume de la solution qu'il faut injecter à chaque patient.
On donne : - temps de demi-vie de Rhénium 186 : t1/2=3,7 jrs ; - M(Re)=186g/mol,
NA=6,02.1023mol-1 Exercice 3
Pour déterminer les deux grandeurs caractéristiques de la bobine, l’inductance L et la
résistance interne r, on la monte dans le circuit schématisé par la
figure (1), tel que : un résistor de R = 40 Ω ; la diode est supposée
parfaite. Le circuit étant fermé, on l’ouvre à un instant choisi comme
origine des dates t = 0, la figure (2) représente l’évolution des deux
tensions uR et uL en fonction du temps.
1) Associer chaque tension à sa courbe.
2) Exploiter l’état du circuit avant d’ouvrir K :
a. D’après la loi d’additivité des tensions déterminer la
valeur de E la force électromotrice du générateur.
b. Trouver l’expression de r en fonction de R et la
tension aux bornes de la bobine et le conducteur
ohmique en régime permanant. Calculer r.
3) Trouver pour t ≥ 0, l’équation différentielle vérifiée
par la tension uR aux bornes du conducteur ohmique.
4) Déterminer la valeur de τ, et déduire la valeur de
l’inductance L en (mH).
Partie II : Entretenir les oscillations électriques libres.
Pour entretenir les oscillations électriques libres dans un circuit RLC on
monte en série la bobine précédente, le résistor précédent, un
condensateur de capacité C et un générateur d’entretien délivrant une
tension ug(t)=k.i, avec k est une constante positive et réglable (voir la
figure 3).
Les oscillations sont entretenues lorsque la valeur de
k est réglée sur la valeur de k = 50(SI). La courbe ci-
contre représente les variations de la tension uC(t).
(Figure 4)
1) Trouver l’équation différentielle vérifiée par la
tension uC aux bornes du condensateur.
2) Retrouver la valeur de r.

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3) Trouver la valeur de T0, et déduire la valeur de la capacité C en (μF). (On donne π2 = 10).
4) L’expression de la solution de l’équation différentielle s’écrit comme suit :
uC(t)=U.cos(0t+φ). Déterminer l’expression numérique de la tension uC(t) aux bornes du
condensateur.
5) Déterminer la valeur de l’énergie magnétique Em emmagasinée dans la bobine à l’instant
1. Exercice 4
Partie I : Mouvement d’un skieur
Un skieur (S), de masse m glisse sur une piste rectiligne OA inclinée d'un angle α=30°
par rapport à l'horizontal, et part sans vitesse initiale du point A . (OA=L=40m)
Le skieur quitte la piste au point O à la vitesse VO et atterrit au point P situé sur une piste
BD = 60m inclinée d‘un angle α=30° par rapport l'horizontal. (Voir figure)
On néglige tous types de frottements et la poussée d’Archimède, et on prend g=10m.s-2.
➢ Mouvement sur la piste (AO) :
1) En appliquant la 2ème loi de Newton, déterminer la nature du mouvement du skieur sur la
piste OA. Calculer l’accélération a1 du centre d’inertie G du skieur.
2) Ecrire les équations horaires du mouvement Vx’(t) et x’(t). Exprimer la vitesse VO en
fonction de α, L et g. Calculer sa valeur.
➢ Mouvement dans le champ de pesanteur :
Le skieur fait un saut en O avec la vitesse VO. On considère maintenant l’instant de passage
de skieur par le point O comme nouvelle origine des dates .
3) En appliquant la 2ème loi de Newton établir les équations horaires du mouvement x(t) et
y(t) dans le repère (o, x, y).
4) Déduire l’équation de la trajectoire de (S).
5) Montrer que le skieur arrive au point P à l’instant 
 .Calculer sa valeur.
6) Calculer la vitesse Vp de skieur au point P.
7) Exprimer la distance d = BP en fonction de α, h et L. Calculer la distance d.