1ére Devoir Bac 2019 SM Hikma [PDF]

Zitiervorschau

Devoir N01 – 1ére semestre Classe : 2éme bac SM (A &B) Matière : physique – chimie

Coefficient :7

Année scolaire : 2019-2020 Durée : 3h

Prof : KRAIDY

Chimie : 7 points Le monoxyde de carbone CO forme avec le fer un composé de formule Fe(CO)5 appelé pentacarbonylfer. À 200 °C, dans l'obscurité, le pentacarbonylfer gazeux se décompose lentement en fer solide et monoxyde de carbone gazeux suivant l’équation : Fe(CO)5( g )  Fe( s )  5 CO( g ) Donnée : Les gaz sont assimilés à des gaz parfaits avec R = 8,314 J.K-1.mol-1 On enferme une quantité n0 = 2,0 mmol de pentacarbonylfer dans un ballon de volume V = 250 mL, préalablement vidé, puis on chauffe à θ = 200 °C. On enregistre la pression totale P(t) dans le ballon en fonction du temps. 1) Etablir le tableau d’avancement du système et déterminer l’avancement maximale xmax . (1) 2) Grâce à l’équation du gaz parfait, exprimer la quantité totale de matière gazeuse ng en fonction de no et x l’avancement de réaction (0,75) 3) montrer que l’expression de l’avancement x(t) à l’instant t est x(t ) 

( P  P0 ) V .telle que P la pression à 4 RT

l’instant t et P0 la pression à l’instant t=0

(0,75)

4) déterminer l’expression de xmax en fonction de P0, R ,V et T et montre que Pmax=5.P0 5) Déterminer la composition du mélange réactionnel à l’instant t = 20 min ( 0,75)

(0,75)

6) la figure ci-contre représente la variation de la pression P dans le ballon en fonction du temps 6-1) montrer que la vitesse volumique de la réaction s’écrit sous la forme : v (t )  6, 35.108.

dP (0,75) dt

6-2) calculer la valeur de vitesse volumique à l’instant t  20 min (0,75) 7-1 ) montrer qu’au temps de demi-réaction P (t1/ 2 )  3P0

(0,75)

7-2) déterminer le temps de demi-réaction t 1/ 2 (0,75)

Physique : 13 points Exercice 1 : 6 points 1) On crée à l’extrémité S d’une corde tendue une onde progressive sinusoïdale, propage sans réflexion avec une vitesse v  20 m .s 1 . On prend le début du mouvement de la source comme origine des dates t 0  0 . La figure de document 1 représente l’aspect de la corde à l’instant t  25 ms 1-1) qu’il est le sens du mouvement de la source S

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à l’instant t 0  0 (1) 1-2) calculer la valeur de  longueur d’onde et déduire la valeur de la fréquence N (1) 2) on fixe au point M qui s’éloigne de S par une distance SM  130cm un corps légers et conductible, quand le corps est en contact avec l’interrupteur K , il ferme le circuit électrique formé par un générateur électrique et un haute parleur ( HP ) (voir le document 1). Au moment où le circuit est fermé le haute parleur émet un signale sonore qui se propage dans l’air vers un microphone existe à une distance d de haute parleur 2-1) Déterminer l’instant t M où l’onde le long de la corde arrive au point M et le sens de son mouvement à cette instant (1) 2-2) On reliée le haute parleur et le microphone avec les entrées d’un oscilloscope à mémoire pour obtenue l’oscillogramme représenté sur le document 2, les deux entrées d’oscilloscope ont même sensibilité horizontale 2ms / div 2-2-1) Calculerv air la vitesse de propagation de l’onde sonore dans l’air sachant que d  408cm (1) 2-2-2) L’onde crée à l’extrémité S de la corde à l’instant t 0  0 , déterminé l’instant t R où l’onde sonore capter par le microphone (1)

Exercice 2 : 7 points Premier partie : propagation d’une onde lumineuse le long d’une fibre optique ( 4points) 1) La fibre optique est un fil de verre ou plastique à une propriété de transport la lumière par des réflexions successives. On lié un générateur G avec un diode laser qui émet une onde lumineuse monochromatique de longueur d’onde 0  6, 52.107 m dans le vide, cette onde se propage dans une fibre optique de longueur L  4m et de diamètre d et qui reliée le diode laser avec une cellule électrolumineuse qui convertie le signale lumineux en signale électrique (document1)

On visualise ce signale électrique sur l’écran d’un oscilloscope (document 2) On donne la célérité de la lumière dans le vide C  3.108 m.s 1 1-1) Déterminer la fréquence du signale électrique sachant que la sensibilité horizontale est 0, 2 s (0,5) 1-2) sachant que la durée nécessaire pour la propagation de l’onde lumineuse entre les deux extrémités de la fibre optique est  t  20ns calculer v la vitesse de propagation de l’onde lumineuse dans la fibre optique (on admet que la direction de propagation de la lumière est rectiligne pour la distance L  4m ) (0,5) Page 2/4

1-3) calculer n l’indice de réfraction de la fibre optique pour cette lumière et déduire la valeur de longueur d’onde dans la fibre optique (0,75) 1-4) déterminer  la fréquence de cette lumière (0,25) 1-5) l’indice de réfraction de la fibre optique pour un rayon lumineux de fréquence  '  6, 91.1014 Hz est n '  1, 51 , déterminer la vitesse de propagation de cette lumière, quelle est la propriété de ce milieu (1) 2) on séparer la cellule électrolumineuse de la fibre optique et on pose à une distance D  15cm de l’extrémité de la fibre optique un écran E . Entre la fibre optique et l’écran on introduit une pièce de verre de forme cylindrique et d’indice de réfraction pour une lumière de fréquence   4, 6.1014 Hz est N  1, 61 (document 3) Le document 4 représente l’image de la figure obtenue sur l’écran

On exprimer l’écart angulaire entre le centre de la tache centrale et l’un de ses extrémités dans le cas d’un trou circulaire par la relation :   1, 22.

 d

avec  en (rad ) , d et  en ( m )

2-1) Qu’il est le nom du phénomène présenté par cette expérience (0,25) 2-2) trouver l’expression de d le diamètre de la fibre optique utilisé dans cette expérience en fonction de N ,  , C , D et L le diamètre de la tache centrale , vérifier que d  10m (0,75)

Deuxième partie : mesure de l’indice de réfraction d’une matière transparent ( 3 points) Le réfractomètre est un appareil qui permet de mesuré l’indice de réfraction des corps transparent liquides ou solides On considère un prisme d’angle A et d’indice de réfraction n , on pose sur l’un de ses faces un corps transparent d’indice de réfraction N et on suppose que n’existe pas de l’air entre le prisme et le corps transparent Un rayon lumineux monochromatique incident sur la surface séparent le prisme et le corps transparent avec un angle d’incidence i et réfracté par un angle r et après il incident sur la surface séparent le prisme et l’air avec un angle  et réfracté par un angle  (voir la figure 1 ) Page 3/4

1) Quelle est la condition vérifier par n et N pour que le rayon lumineux se réfracté lors de son passage du corps transparent vers le prisme quelque soit l’angle d’incidence et déterminer dans ce cas l’intervalle de variation de i et r ( 0,75) 2) exprimer l’angle  en fonction de A et r et déterminer l’intervalle de variation de  ( 0,75) 3) pour le réfractomètre de Pulfrich l’angle de prisme A  90 et l’indice de réfraction du prisme n  1, 732 , montrer que l’expression de l’angle limite  lim correspondant à l’angle d’incidence i  90 est : sin(lim )  n 2  N 2

( 0,75)

4) calculer N sachant que lim  30 ( 0,75) Rappel : cos(sin1 (k ))  1  k 2 Exercice facultatif (2 points) Au soir , quand le soleil se trouve à l’horizon , sera vespérale . Ce phénomène due à la réfraction des rayons lumineux sur la couche de l’atmosphère On modélisant ce phénomène par la considération de l’atmosphère comme une couche homogène d’épaisseur h=50km autour de la terre de rayon R=6371km .un observateur se trouve au point O à la surface de la terre et regarde le point I où les rayons lumineux incident sur la couche atmosphérique Le rayon lumineux se dévier sous l’effet de l’atmosphère par un angle D=0,6170 (voir la figure ) Déterminer l’indice de réfraction de l’atmosphère

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