Exercice 1 : Etude du mouvement d`un enfant sur un tremplin.

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Classe 1ère S4
le 13/11/2001
DEVOIR SURVEILLE DE PHYSIQUE - CHIMIE
I – PHYSIQUE :
Exercice 1 : Etude du mouvement d’un enfant sur un tremplin.
L’enregistrement ci-dessous représente dans le référentiel terrestre les positions Ei d’un enfant en rollers sur un
tremplin. Ces positions sont inscrites à intervalles de temps égaux  = 0,20 s.
Echelle : 1 cm sur le schéma représente 0,5 m en réalité.
1) Sans effectuer de calculs, déterminer les différentes phases du mouvement ( uniforme, accéléré, décéléré ).
Justifier la réponse.
2) Déterminer les valeurs de v1 et v8, vitesses instantanées du point E aux instants t1 et t8.
3) Représenter ces vecteurs vitesse en utilisant comme échelle : 1 cm  2 m.s-1.
Exercice 2 : mouvement d’une bande magnétique dans un lecteur de cassette audio
Dans un lecteur de cassette audio, la bande magnétique défile devant la tête
de lecture avec une vitesse constante égale à 4,76 cm.s-1.
1) Quel est la vitesse de rotation d’une bobine quand son rayon est 2 cm ?
2) Si la vitesse de rotation de la bobine précédente est 2 rad.s-1, quelle distance la bande magnétique aura-t-elle
parcourue sous la tête de lecture pendant une durée de 2,5 s ?
3) Expliquer pourquoi les deux bobines constituant la cassette n’ont pas la même vitesse de rotation.
II - CHIMIE
Etude de l’évolution d’une transformation chimique
Une masse m = 2,7g de poudre d’aluminium (Al (S)) réagit avec un volume V = 100 mL d’acide sulfurique H2SO4
de concentration C = 2 mol.L-1 selon la réaction suivante :
2Al (S) + 6H+(aq)  2Al3+(aq) + 3H2 (g)
La réaction a lieu sous une température T = 20 °C et une pression P = 1,013.105 Pa.
(L’addition de Al ne change pas le volume de la solution)
1) Quelle est la concentration en ions H+ de la solution d’acide sulfurique ?
2) Calculer les quantités de matière des réactifs initialement présents.
3) Dresser un tableau permettant de suivre l’évolution du système au cours de la transformation chimique en
utilisant l’avancement. En déduire le réactif limitant ? (Justifier votre réponse).
4) En déduire le volume de gaz dégagé à la fin de la réaction.
5) Quelle est la concentration en ions Al3+ de la solution à la fin de la réaction ?
Données : M(Al) = 27 g.mol-1 constante des gaz parfait : R = 8,314 USI
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CORRECTION DU DS 13/11/2001
PHYSIQUE :
Exercice 1
1) De E0 à E3 : mouvement accéléré (En un même temps, l’enfant parcourt des distances de plus en plus grande) ;
De E3 à E8 : mouvement décéléré (En un même temps, l’enfant parcourt des distances de plus en plus petite) ;
De E8 à E14 : mouvement accéléré.
2) v1 =
E 0 E 2  échelle

5,9  0,5
= 7,4 m.s-1 ;
2  0,2
v8 =
2


3) v1 mesure 3,7 cm et v 8 mesure 1,2 cm.
E 7 E 9  échelle 1,9  0,5

= 2,4 m.s-1 .
2
2  0,2
Exercice 2
1)  =
v 4,76

 2,38 rad.s-1
R
2
2) d = v x t =  x R x t = 2 x 2.10-2 x 2,5 = 0,1 m = 10 cm.
3) Les deux bobine n’ont pas le même rayon ; or la vitesse linéaire de la bande qui passe sur la tête de lecture ne
change pas. v = r x  donc si v est constant et R change alors  change.
CHIMIE
1) D’après la stœchiométrie de l’équation de dissolution de H2SO4 : H2SO4  2H+ + SO42- ,
[H+] = 2 C(H2SO4) = 2 x 2 = 4 mol.L-1.
2) n(H+) = [H+] x V = 4 x 100.10-3 = 0, 4 mol
n (Al) =
m( Al ) 2,7

 0,1mol .
M ( Al ) 27
3)
6 H+

2 Al3+
0, 4
0
0, 4 - 6x
2x
0, 4 - 6 x 5.10-2 =
2 x 5.10-2 =
0,1 mol
0,1 mol
Si Al est le réactif limitant alors 0,1 – 2x = 0 et xmax = 0,1/2 = 5.10-2 mol ;
Si H+ est le réactif limitant alors 0,4 – 6x = 0 et xmax = 0,4/6 = 6,7.10-2 mol.
Comme xmax (Al) < xmax (H+) alors Al est le réactif limitant.
Etat
Etat initial
Etat intermédiaire
Etat final
Avancement
0
x
xmax = 0,05
2 Al
0,1
0,1- 2x
0
+
n( H 2 ) RT 0,15  8,314  293

 3,6.10 3 m 3  3,6L .
P
1,013.105
n( Al 3 )
0,1
3+
5) [Al ] =

 1mol.L1
3
V
100.10
4) PV = nRT donc V =
+
3 H2
0
3x
3 x 5.10-2 =
0,15 mol