exercices-revision-ds2-16-17

Différents exercices donnés en devoir les années précédentes pour le devoir n°2
avec la correction et le barème
Exercice : Electrophorèse – 4,5 points – 15 min
L’électrophorèse est une technique d’analyse utilisée en biologie pour identifier les acides
aminés présents dans une solution.
Doc 1 : Protocole expérimental d’électrophorèse
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




Plonger une bande rectangulaire de papier Whatman
(a) dans la solution tampon de pH 7.
Placer la bande dans l'appareil à électrophorèse dont
les cuves (b) ont été préalablement remplies de la
solution tampon. Veiller à ce que seules les deux
extrémités de la bande trempent dans leurs bacs
respectifs.
Placer une plaque métallique (c) dans chacun des
bacs (elles sont notées anode et cathode) et les
connecter à un générateur de tension électrique
continue réglé sur 100 V.
Au centre D de la bande, déposer une mince ligne de
l'échantillon liquide.
Attendre environ 1 h, puis égoutter et sécher la bande à l'étuve.
Pulvériser un révélateur chimique, puis révéler à l’étuve. La figure obtenue est
appelée électrophorégramme.
1. En modélisant la cuve à électrophorèse comme un condensateur plan, déterminer les
caractéristiques du champ électrostatique dans la cuve ?
2. En utilisant la relation E = U/d, déterminer la valeur du champ électrostatique qui règne entre
les deux plaques métalliques.
3. Sur le schéma du doc. 1, représenter le vecteur champ électrostatique au point D (sur la
ligne de dépôt).
4. Identifier les acides aminés correspondant aux trois taches observées sur
l'electrophorégramme du doc 2. Justifier en utilisant la relation entre la force électrostatique
et le champ.
Si on considère la cuve comme un condensateur plan, le champ électrique est un vecteur
perpendiculaire aux deux plaques, dirigé vers la cathode et uniforme tel que E = U/d
2
. E = U/d = 100/0,12 = 8,3.10 V/m
Représentation correcte
. On utilise la relation : 𝐹⃗ = q𝐸⃗⃗ . Si l’acide aminé a migré vers la gauche, c’est que la force l’a attiré vers
la gauche. Donc c’est que la force est dirigée dans le même sens que le vecteur champ électrique.
Donc c’est que la charge est positive. Il s’agit donc de la lysine. L’acide aminé qui n’a pas bougé a une
charge nulle : l’alanine.
TOTAL EXERCICE sur 4,5 points
 


 (relation)
(sens F et E ->charge)
  (identif)
Exercice : Quand il est question de champs : 9,5 points – environ 20 minutes
A- Thermogramme
La thermographie infrarouge est une technique permettant d'obtenir une image thermique d'une
scène par analyse du rayonnement infrarouge. L'image obtenue est
appelée thermogramme.
L’image ci-jointe représente le thermogramme d'un chien. Elle
permet de visualiser un champ.
1. Quelle est la grandeur associée à ce champ ?
2. S’agit-il d'un champ scalaire ou vectoriel ? Justifier
3. Quelle est la température de la truffe du chien ?
B - Champ électrique
Le solide ponctuel S porte une charge positive Q. On place en un point A à son voisinage un objettest portant une charge q
1. Cas 1 : la charge q est positive
a. Sur le schéma ci-joint représenter la force électrostatique
exercée par le solide S sur l'objet-test. Justifier le tracé.
b. Représenter le vecteur EA représentant le champ
électrostatique en A. Justifier le tracé.
2. Cas 2 : la charge q est négative
a. Le champ électrostatique en A est-il modifié ? Justifier
b. La force électrostatique exercée par S sur l'objet-test est-elle
modifiée ? Justifier
Champ magnétique
La photographie ci-contre représente le spectre d'un aimant en U. Il est
obtenu en disposant de la limaille de fer sur une plaque en plexiglass
déposée sur l’aimant
1. S’agit-il d’un champ scalaire ou vectoriel ? Justifier
2. Quel est le nom des lignes que l'on peut modéliser à partir de la
photographie ? Justifier
3. Quel instrument pourrait permettre d‘orienter ses lignes ?
4. Avec cette photo peut-on dire si le champ est uniforme? Justifier
A1. Il s’agit d’un champ de température
A2.Il s’agit d’un champ scalaire : les couleurs de l’image donnent des valeurs (de T) en
tout point de l’espace
A3. La température de la truffe est de 20°C car elle est en bleue. La température de la
fourrure est plus élevée (Les couleurs jaune et rouges correspond ent à des
températures de 30-35°C)
B1a. Les deux charges sont positives. Donc la force électriques est répulsive.
B1b. D’après la définition : 𝐹⃗ = q𝐸⃗⃗ . q est positive. Donc le vecteur champ aura le même sens
que la force.
B2a. Le champ est inchangé car il est du à la particule S qui est restée inchangé.
B2b. La force est modifiée. La particule test étant chargée négativement, la force aura
un sens opposé à E
C. 1. Le champ magnétique est un champ vectoriel
Il s’agit de ligne de champ. Elles donnent la direction du champ magnétique
C. 2. Une boussole donnerait la direction du champ.
C.3. On ne peut pas savoir si la valeur du champ est la même en tout point de l’espace.
Cependant, on voit que la direction n’est pas la même partout. Le champ n’est donc pas
uniforme
TOTAL EXERCICE sur 9,5 points




 (justif)
 (schéma)
 (justif)
 (schéma)






Exercice : Particules élémentaires : 2 points – environ 10 minutes
La masse de tous les électrons d’un atome est 5,5.10-30 kg.
1. Combien d’électrons possède cet atome. Justifier.
2. Quel est le nombre de charges positives portées par le noyau de cet atome ? Justifier.
3. Quel est le nom de ces particules qui portent les charges positives ?
1. Nombre d’électrons = masse de tous les électrons/Masse d’un
électron = 5,5.10-30/9,1  10–31 = 6
2. L’atome étant électriquement neutre il y a 6 charges positives.
3. Ce sont des protons
TOTAL EXERCICE sur 2 points
 (justif)
(calcul)


Exercice : Interactions fondamentales : 8,5 points – environ 25 minutes
Les deux parties de cet exercice sont indépendantes
Partie A : Le tritium
Le tritium 31𝐻 est un isotope de l’élément Hydrogène.
1. Déterminer le nombre de proton(s), de neutron(s), d’électron(s) et de nucléon(s) présents
dans cet atome.
2. Calculer la force d’interaction électrique s’exerçant entre le noyau et un électron se
trouvant à 5,0.10-2 nm.
3. Calculer la force d’interaction gravitationnelle exercée par la Terre sur un électron posé à
sa surface.
4. En déduire l’influence de l’attraction de la Terre face aux interactions électriques dans un
atome.
Partie B : Le satellite MetOp
MetOp est un des satellites météorologiques de la Terre. Sa masse est de 4,1 t. Il décrit une orbite
circulaire a une altitude h = 820 km.
1. Calculer la force d’interaction gravitationnelle exercée par la Terre sur le satellite.
2. Que peut-on dire de la force d’interaction électrique entre ces deux mêmes objets ? Justifier.
3. Quelle est l’interaction qui prédomine à cette échelle. Justifier.

A.1 1 proton, 2 neutrons et 1 électron
9
−19
 (expression)
q q
9,0.10 ×(1,60.10
)²
2. Fe = k A 2 B =
=9,2.10-8 N
−11 )²

(choix
des valeurs)
(5,0.10
d
(calcul correct)
3. Fg = (GMtme)/Rt² = 6.67.10-11x5,97.10-24x9,1.10-31/(6,38.106)² = 8,9.10-30 N
 (expression)
 (choix des valeurs)
(calcul correct)

4. L’attraction terrestre est négligeable devant les interactions électriques
B. 1. Fg = (GMtmsat)/(Rt+h)² = 6.67.10-11x5,97.10-24x4,1.103/(6,38.106+820.103)²
 (expression)
=3,1.104 N
 (choix des valeurs)
(calcul correct)
B.2. Les deux objets étant électriquement neutre, l’interaction électrique est
 (valeur)
nulle.
 (justif)

B.3. A l’échelle astronomique, c’est donc l’interaction gravitationnelle qui
prédomine
Résultats sans unité ou avec une unité incorrecte
- 0,5
Incohérence du nombre de chiffres significatifs
- 0,5
TOTAL EXERCICE sur 8,5 points
Exercice : Dosage du bleu de méthylène : 13,5 points – environ 25 minutes
Le collyre est une solution pharmaceutique qui permet de traiter les
infections des yeux ou des paupières. Le collyre étudié contient du bleu de
méthylène, que l’on veut doser et dont le spectre d’absorption a l’allure
suivante.
1. A l’aide du spectre, expliquer pourquoi cette molécule donne une
couleur bleue à la solution.
2. On se place au maximum d’absorption pour réaliser des les mesures avec précision avec un
spectrophotomètre. A quelle longueur d’onde se place-ton avec cette solution ?
3. À partir d'une solution-mère de bleu de méthylène, on répare une échelle de teintes dont les
concentrations masques et les mesures d'absorbance sont données dans le tableau suivant
Concentration massique (mg.L-1)
Absorbance
:
0,500
0,053
1,00
0,128
2,00
0,243
3,00
0,374
4,00
0,488
5,00
0,659
a. Tracer le graphe représentant l'absorbance en fonction de la concentration massique.
b. Quelle est la nature de la courbe obtenue ?
c. Quelle loi est ainsi mise en évidence ? Justifier.
d. Déterminer la relation numérique entre A et Cm. Justifier.
e. L'absorbance du collyre dilué 100 fois vaut 0,314. Quelle est la concentration massique du bleu
de méthylène dans la solution de collyre diluée ? Justifier.
f. En déduire la concentration massique du bleu de méthylène dans le collyre commercial. Justifier.
Correction et grille d’évaluation
. Le spectre montre que la molécule absorbe dans le domaine du rouge. La molécule
apparaît donc bleue.
2. Pour être au maximum, il faut se placer vers 650 nm.
3. a.  (choix de l’échelle)
 (noms des axes avec les unités)
 (points correctement placés)
 (droite bien tracée)
3.b. La courbe est une droite passant par l’origine.
3.c. On peut donc en déduire que l’absorbance est proportionnelle à la concentration.
C’est la loi de Beer-Lambert qui est ainsi mise en évidence.
3.d. En prenant un point sur la droite, on peut calculer le coefficient directeur : Avec le
point A : ΔA/ ΔCm = 0,3/2,4=0,13 L.mg-1 Soit A = 0,13 Cm avec Cm en mg.L-1


 (droite)
 (passant par
l’origine)

(coef. Dir.)
 (calcul)
 (conclusion)
3.e. Par lecture graphique ou par l’expression mathématique de la question 3.d. Lecture
 (méthode
-1
graphique (point B) : Cm = 2,5 mg.L
expliquée)

Grâce à l’équation de droite : A = 0,13 Cm . On a Cm = A /0,13 = 0,314/0.13 = 2,4 mg.L-1
(détermination
exacte)

3.d. On connaît la concentration massique de la solution diluée 100 fois. Pour obtenir la
(explication)
concentration avant dilution, il faut multiplier par 100. On obtient : Cm = 100 x 2,5 (ou 2,4)
 (valeur)
= 250 (ou 240) mg.L-1
Unité incorrecte ou problème de chiffres significatifs
-0,5
TOTAL EXERCICE sur 13,5 points