Devoir de Contrôle N°1 - Sciences Physiques 3ème Math (2012-2013)

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Année scolaire : 2012-2013
1ère Trimestre
( I ) DUREE DATE CLASSES
Matière : SCIENCES PHYSIQUES 2h 5/11/12 3ème Math
C
CH HI IM MI IE E (7 points)
Exercice n°: 1 (3 pts)
Données : Masse molaire du cuivre : M (Cu) = 63,5 g. mol-1, Volume molaire du gaz : V m = 24 L. mol-1
La gravure à l’eau forte est une méthode de reproduction ancienne. L’artiste dessine à l’aide d’une
pointe en métal sur une plaque de cuivre recouverte de vernis.
Lorsque la gravure est terminée, la plaque est plongée dans une solution d’acide nitrique,
( + ), anciennement appelée eau forte : les parties de cuivre non protégées par le vernis
sont alors attaquées par les ions nitrate et la solution utilisée devient bleue.
1°) La solution :
a- Comment expliquer l'apparition de la coloration bleue dans la solution ?
b- Quel est le rôle joué par le cuivre ? De quel transformation s'agit-il, donner sa
définition.
c- Écrire la transformation que subit le cuivre.
2°) L’autre couple :
a- Quel est le rôle joué par les ions nitrate NO
3
−
. Ont-ils été oxydés ou réduits ?
b- L’espèce conjuguée de l’ion nitrate est le monoxyde d’azote gazeux NO.
Écrire l'équation de la transformation correspondante en utilisant le nombre
d’oxydation.
3°) En déduire l’équation de la réaction ayant lieu entre le cuivre et l’acide nitrique.
4°) Pourquoi doit-on utiliser une solution d’acide nitrique et non une solution de nitrate
de potassium (K + + ) ?
Exercice n°: 2 ( 4 pts)
NB : Tous les ions métalliques, relatifs aux métaux cités dans l’échelle portent la même charge.
Données : Masses molaires atomiques : Zn = 65,4 ; Ni = 58,7 ; Cu = 63,5 g.mol-1.
Volume molaire des gaz dans les conditions de l’expérience : Vm = 24,0 L.mol-1.
Le maillechort est un alliage métallique composé de cuivre, de nickel et de zinc utilisé
dans la fabrication des pièces de monnaie.
On se propose d’analyser un échantillon de maillechort de masse : m = 2,00 g.
Expérience 1
(Dans cette expérience on suppose qu'il ne se produit aucune réaction entre métal et
ions métalliques.)
L’échantillon de maillechort est attaqué par un excès d’une solution d'acide
chlorhydrique ( + ).
Il se dégage un gaz qui détonne en présence d'une flamme.
Après réaction, on obtient un résidu solide de masse : m1 = 1,20 g.
1°)a- Spécifier la ou les réactions produites.
b- Établir les équations-bilan des réactions chimiques produites au cours du
traitement de l’échantillon par l’acide chlorhydrique
c- En déduire la nature du résidu solide de masse m1.
Professeurs : Mme : ZRIBI * Mr : KASSIS - AMMAR - BACCOUCHE - ELLOUMI - BOUSSARSAR
pouvoir réducteur croissant
Cu
H
2
Ni
Zn
Cap
Bar
A1
A2
A2
A2
A2
A2
C
A2
A2
0,25
0,75
0,25
0,5
0,5
0,5
0,25
0,5
1

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Expérience 2
On filtre la solution obtenue à la fin de l’expérience précédente, on élimine l'excès
d'ions par une méthode appropriée.
On plonge alors, dans la solution précédente, de la poudre de zinc en excès puis on
agite pendant plusieurs minutes.
2°)a- Établir l’équation-bilan de la réaction chimique produite par le traitement à la
poudre de zinc.
b- Justifier le fait que la masse de poudre de zinc diminue.
Expérience 3
On filtre de nouveau la solution obtenue à la fin de l’expérience précédente.
Après analyse, on constate que la masse de poudre de zinc a diminuée de :
∆m = 335 mg.
3°) Déterminer, à partir de l’ensemble des mesures :
a- Les masses des métaux constituant l’alliage étudié.
b- Les pourcentages massiques de chacun de ces métaux dans l’alliage étudié.
P
PH HY YS SI IQ QU UE E (13 points)
Exercice n°: 1 ( 6,25 pts) : On donne K=9.109 USI
Sur une planche horizontale on inscrit la lettre « y » et on place en ces trois extrémités
A,B et C des petites boules métalliques qu’on peut charger .
Voir la figure-1- en annexe, on donne : OA=OB=OC= 4,0 cm et α = 74°.
Toutes les forces et les champs des questions seront représentées sur la figure.
1°) On charge en premier lieu les boules B et C tel que qB = 8.10-7C et qC = 12 .10-7C.
a- Déterminer les caractéristiques de la force
BC
F
.
b- Déterminer les caractéristiques du champ
O
E
crée par les deux charges qB et qC
au point O.
2°) On charge ensuite la boule A de sorte que la charge qA permet d’obtenir un
champ
'
O
E
en O perpendiculaire à (BC).
a- Montrer que le signe de la charge qA est négatif.
b- Déterminer les valeurs de
'
O
E
et de la charge qA.
c- Déterminer les valeurs de
AC
F
;
β
et
AB
F
.
3°) Deux groupes d’élèves se proposent d’annuler le champ crée par les trois charges
au point O.
a- Le premier groupe propose de placer une charge qM au point M du segment
[AB]. Déterminer la valeur de qM et la position de M par rapport à A.
b- Le second groupe propose de placer la lettre « y » dans un champ électrique
uniforme. Donner les caractéristiques de ce champ et la distance séparant ces
plaques sachant que l’une est à 1,15 cm de A et l’autre est à 1cm de C.
4°) En se plaçant dans le cas de la question (3-a), déterminer :
a- La valeur du champ crée par la charge qM en A.
b- La valeur de la force exercée par les trois charges qM ; qB et qC en A.
Cap
Bar
A2
A2
C
A2
A2
A2
A2
A2
A2
C
C
A2
A2
0,25
0,25
1
0,75
0,5
0,75
0,5
0,5
1,25
1
1
0,25
0,5

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Exercice n°: 2 (6,75 pts) On donne
5
H
B 2.10 T ; 4 =12,5
−
= π
A / Une aiguille aimantée mobile autour d’un axe vertical est placée en un point M au dessous d’un
fil horizontal. En absence de courant dans le fil, l’axe
sn
de l’aiguille fait un angle α=30° avec la
direction du fil. (voir la figure -2a de la feuille annexe).
On fait passer dans le fil un courant d’intensité
0
I
, l’aiguille dévie et s’oriente selon la direction du
fil. (voir la figure -2b de la feuille annexe).
1°) En exploitant les données :
a- Faire une représentation de la vue de dessus en faisant apparaître les vecteurs
H0
B et B
vecteur champ magnétique crée par le fil au point M.
b- Déduire le sens de courant
0
I
parcourant le fil.
2°)a- Déterminer les caractéristiques de
0
B
.
b- Calculer la valeur du champ
B
indiqué par l’aiguille.
3°)a- Pour ramener l’aiguille aimantée à une position caractérisée par un angle
β = 77°, on utilise un aimant en U placer verticalement et renversé dans le
plan contenant le point M. (voir la figure -3 de la feuille annexe).
Déterminer les caractéristiques du champ
1
B
crée par cet aimant.
b- Quelles sont les caractéristiques du champ crée par
1
B
;
0
B
et
H
B
.
c- Afin d’augmenter considérablement la valeur du champ magnétique crée par
l’aimant en U, on le remplace en conservant la même position par un autre
aimant en U. Quelle serait alors la position finale de l’aiguille aimantée ?
(Justifier qualitativement ce résultat).
B/ Une petite aiguille aimantée horizontale, mobile au tour d'un axe vertical, est placée
au centre O d'un solénoïde (S). L'axe (Δ) de ce solénoïde est horizontal et
perpendiculaire au plan du méridien magnétique du lieu (figure A de la feuille
annexe).
Le solénoïde (S) comporte N = 400 spires régulièrement réparties sur une longueur
L = 50 cm.
1°) Lorsqu'un courant d'intensité I = 12 mA parcourt le solénoïde, l'aiguille aimantée
tourne d'un angle α.
a- Déterminer les caractéristiques du vecteur champ magnétique
→
S
B
crée par le
courant I au centre O du solénoïde.
b- Compléter la figure- A- de la feuille annexe en représentant :
→
H
B
,
→
S
B
.
 La position finale de l'aiguille aimantée centrée en O.
c- Déduire la valeur de l'angle α.
2°) Le solénoïde (S) est parcouru par le courant d’intensité I = 12 mA, on place un
solénoïde (S’) comportant n = 500 spires par mètre à l’intérieur du solénoïde (S) de
façon que leurs axes et leurs centres soient confondus. Lorsque le solénoïde (S’)
est parcouru par un courant d’intensité I’ = 40 mA, l’aiguille prend une position
d’équilibre repérée par l’angle α’ comme l’indique la figure- B de la feuille annexe.
a- Déterminer en justifiant la réponse le sens du courant I’ dans les spires du
solénoïde (S’).
b- Calculer l’angle de déviation α’.
3°) Le solénoïde (S) étant toujours parcouru par le courant d’intensité I = 12 mA.
On fait tourner le solénoïde (S’) autour d’un axe vertical passant par son centre O
d’un angle ß (ß< 90°) de façon que le champ résultant soit nul au point O.
Déterminer dans ce cas l'angle β et le sens de rotation du solénoïde (S’) ainsi que
l’intensité I’’ du courant.
Cap
Bar
A2
A2
A2
A2
A2
A2
C
A2
A2
A2
C
A2
C
0,5
0,25
0,75
0,5
0,5
0,75
0,5
0,5
0,75
0,25
0,5
0,5
0,75

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FEUILLE ANNEXE (A remettre avec la copie)
Nom et Prénom : …………….…………………………………………………. Classe : 3ème Math ……..
(S)
Figure - 1
Figure -3
S.M
N.M
(Δ)
Figure-B-
I
1
O
(S)
(S')
S
α'
n
s
Figure -3
Fil
β
Vue de dessous
Branche de l'aimant en U
Branche de l'aimant en U
aimant en U
A
B
Fil
β
A
B
Vue de face
S.M
N.M
(Δ)
I1
Figure-A-
O
A
B
Fil
α
A
B
I = 0
Figure -2a
Figure -2b
A
B
Fil
A
B
I 0
Figure -3