Collège Sadiki Dimanche 09 -04-2017 Devoir de contrôle n° : 3 Sciences physiques 4ème Maths Profs : Hrizi-Abid-Fkih-Medyouni et Cherchari Durée : 2h30 heures Chimie ( 7 points . 50 min ) Toutes les solutions sont prises à 25°C, température à laquelle le produit ionique de l’eau pure est Ke=10-14. On dispose au laboratoire de chimie du collège Sadiki d’une solution aqueuse S1 d’un monoacide AH de concentration molaire C1, on prélève un volume V1=10 mL de cette solution qu’on verse dans un bécher. Le dosage pH-métrique de S1 par une solution aqueuse SB1 d’hydroxyde de potassium KOH (base forte), de concentration molaire CB1=5.10-3 mol.L-1, a permis de tracer la courbe de dosage sur la figure ci-dessous. Sur le même graphe, on superpose une deuxième courbe donnant l’évolution du pH = f(VB) obtenue par dosage pH-métrique d’un volume V2=V1 de la même solution aqueuse S1 par une solution SB2 d’hydroxyde de potassium de concentration molaire CB2 avec CB2 >CB1. Voir figure 1. Chaque dosage est fait sans ajout d’eau. pH C’ C Figure-1- 2 1 Vb(mL) 10 ’ 1°/ a) Déterminer graphiquement les coordonnés des points d’équivalence E et E respectivement des courbes ’ de dosage C et C . b) Déduire que AH est un acide faible. 2°/ a) Définir l’équivalence acido-basique. Déduire que CBVBE =C1V1. b) Affecter, en le justifiant, Les courbes (c) et (c’) aux dosages correspondants. c) Calculer la concentration molaire CB2. 3°/ L’acide AH est l’acide éthanoïque CH3COOH (acide faiblement ionisé) de pKa=4,8. a) Écrire l’équation de la réaction qui se produit au cours des deux dosages. b) Déterminer la concentration molaire C1 de l’acide CH3COOH. c) Calculer : * Le pH de l’acide avant l’ajout de la base. 1/3 4ème Maths * Le pH du mélange à l’équivalence pour chaque dosage. 4°/ On réalise chaque dosage en présence d’un indicateur coloré convenablement choisi parmi les suivants. Indicateur coloré Teinte acide Zone de virage Teinte basique Hélianthine Rouge pH<3,2 Jaune pH>4,4 Rouge de méthyle Jaune pH<4,6 B.B.T Jaune pH<6 phénolphtaléine Incolore pH<8,2 3,2 pH 4,4 orangé 4,6 pH 6 orangé 6 pH 7,6 vert 8,2 pH 10 rose clair Rouge pH>6 Bleue pH>7,6 Rose pH>10 a) Rappeler la définition d’un indicateur coloré. b) Que veut dire un indicateur coloré convenablement choisi pour un dosage acide-base c) Faire correspondre à chaque dosage l'indicateur approprié. 5°/ A un volume Va =20 mL d’une solution d’acide éthanoïque de concentration molaire Ca =10-2 mol.L-1 on ajoute un volume V2 d’une solution d’éthanoate de sodium (Na+ + CH3COO-) de concentration molaire C2=5.10-3 mol.L-1 et quelques gouttes de rouge de méthyle. a) Pour quelle valeur de V2 le pH de la solution est égal à 4,8. b) Donner la couleur de la solution. c) Calculer la concentration molaire de chaque entité chimique présente dans le mélange. Physique (13 points ) Exercice 1 ( 4 pts. 20 min) : Une corde élastique homogène de longueur infinie est tendue horizontalement entre l’extrémité S d’une lame vibrante et un point A ou se trouve un dispositif qui empêche la réflexion des ondes. Lorsque la lame vibre, le point S effectue un mouvement rectiligne sinusoïdal d’amplitude a et de fréquence N. La corde est le siège d’une onde progressive transversale qui se propage sans amortissement avec une célérité V=20 m.s -1. Le mouvement de la source commence à la date t=0s à partir de sa position d’équilibre. On donne, à la date t1, l’aspect de la corde est schématisé par la figure 1. 1- Déterminer à partir du graphe : a- L’amplitude a. b- La longueur d’onde . Déduire la fréquence N de l’onde. c- L’abscisse xf du front d’onde à la date t1. Déduire t1. d- La phase initiale S. Écrire la loi horaire de mouvement de la source S yS=f(t). 2- Soit un point M de la corde, d’abscisse x par rapport à la source S. En appliquant le principe de propagation, écrire l’équation horaire du mouvement du point M. 3-Déterminer les lieux des points qui, à la date t1, ont une élongation égale à : a et se déplacent dans le 2 sens négatif. Exercice 2 :(2 pts. 12 min) Un haut-parleur (HP) branché à un GBF, produit des vibrations sinusoïdales dans l'espace qui l'entoure. Un microphone (M) est branché sur la voie B d'un oscilloscope. La voie A étant reliée au (HP) (fig-2-). On obtient sur l'écran de l'oscilloscope les deux graphes suivants (fig-3-). Les réglages de l'oscilloscope sont : Sensibilité verticale : 1 div pour 1 V sur les deux voies A et B Balayage horizontal : 1 div pour 0,1 ms 1°/ Identifier le graphe traduisant le son capté par le microphone ? Justifier la réponse. 2°/ a) Calculer la fréquence du signal émis par le GBF b) Sachant que le son se propage 2/3 4ème Maths dans l’air environnant, à la célérité V = 340 m.s-1. Calculer la longueur d’onde du son émis par le hautparleur. 3°/ a) déterminer le retard du signal capté par le microphone par rapport à celui émis par le (HP) b) En déduire les distances possibles d séparant le microphone du haut-parleur (sachant que 0<d<0,2m et on suppose que la membrane du HP coïncide avec l'origine du repère). Exercice n °3 ( 7 pts. 68 min ) Un solide (S) de centre d’inertie G, de masse m=200 g et pouvant glisser sur un plan horizontal, est relié à l’extrémité d’un ressort horizontal (R) de masse négligeable, de raideur k et (S) dont l’autre extrémité est fixe. Lorsque (S) est dans sa position d’équilibre, G (R) occupe l’origine du repère (O, i ) d’axe Ox horizontal (figure 1).Un excitateur approprié exerce sur le solide (S) une force F =Fm sin t i où l’amplitude Fm est O i x constante et la pulsation est réglable. (S) est à une force de frottement de FigFig. 1 5 type visqueux f hv avec h est un coefficient positif et v est la vitesse de G. L’équation différentielle régissant les variations de l’élongation x(t) est m d2 x dx h Kx F(t) , dont la dt dt solution est x(t)=Xm sin ( t ) . 1- a- Ces oscillations sont dites forcées, expliquer ce terme. b- Donner l’unité internationale du coefficient de frottement h. 2- a) En utilisant une construction de Fresnel, Déterminer l’expression de l’amplitude Xmax des oscillations en fonction de Fm, h, K, m et . b) Établir l’expression de la pulsation r à la résonance d’élongation en fonction de 0 , h et m. 3a- Montrer qu’à la résonance d’élongation, l’amplitude des oscillations est Xmre Fm h 02 h2 4m2 b- En utilisant l’analogie électrique mécanique, montrer qu’à la résonance de vitesse l’amplitude des oscillations est Vmrv Fm h 4- A l’aide d’un dispositif approprié on mesure pour différentes valeurs de , l’amplitude Xm des oscillations de G et l’amplitude Vm de la vitesse de passage de ce point par la position Xm(m) ; Vm(m.s-1) O. Les résultats des mesures ont permis de tracer les courbes Xm() 0,046 et Vm() de la figure 2 0,4 a) Identifier en le justifiant, la courbe qui correspond à Xm (). Figure-2b) Lire la valeur 0 de la pulsation propre du résonateur et déduire la valeur de k. c) Déterminer la valeur du coefficient de frottement h. d) Déduire la valeur de Fm. 5- La pulsation de la force excitatrice est égale à la pulsation propre 0. a- Montrer que la puissance mécanique moyenne consommée (rad.s-1) par le résonateur est maximale. Calculer sa valeur. 10 b- Écrire, dans ces conditions l’expression de la force de frottement f(t). 6- On change le liquide amortisseur ; on constate qu’on n’obtient plus le phénomène de résonance d’élongation. Déterminer la valeur limite du coefficient de frottement. 3/3 4ème Maths