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1 E xamen blanc
8 - Sections internationales -
Date :27 /05 /2024 Année scolaire : 2023-2024
Matière Physique Chimie Durée 3h

Sciences expérimentales Coeffi- 7

‫ة‬ Série -cient

filière Sciences Physiques - Option:: francais -

SUJET
 L’usage de la calculatrice scientifique non programmable est autorisé.
 Les exercices peuvent être traités séparément selon le choix du candidat(e).
 Le sujet comporte 4 exercices : un exercice de chimie et trois exercices
de physique.
CHIM IE ( 6,5 points)

Partie 1: Solution aqueuse d’acide méthanoïque (2,75 points)

Partie 2: U n Dosage pour déterminer la durée de fonctionnement d' une pile (3,75 points)
Physique (13 points)

Exercice 1: Ondes (2 points) -Transformations nucléaires (2 points)

Partie 1: Applcation des ondes ultrasonores. (1 point)
Partie 2: ondes lumineuses (1 point)
Partie 3 : Age d’une nappe phréatique (2points)

Exercice 2: Electricité (4 points)

Partie 1 : Détermination de la capacité d’un condensateur. (0,75 point)
Partie 2 : Réponse d'un dipôle RC à un échelon de tension ascendant. (1,5 points)
Partie 3:L'étude des oscillations électriques libres dans un circuit LC. (1,75 points)
Exercice 3: Mécanique (5,5 points)
Partie 1: Mouvement d'un skieur sur un plan AB incliné. (2,75 points)
Partie 2: Mouvement de chute du skieur dans le champ de pesanteur. (2,75 points)
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2 Matière : Physique Chimie - Série Sciences expérimentales - filière: sciences physiques -
8 - Option : français

Barème CHIM IE ( 6,5 points)

Les parties 1 et 2 sont indépendantes
Partie 1: Solution aqueuse d’acide méthanoïque
On prépare un volume V  100mL d'une solution aqueuse (S) d'acide méthanoïque HCOOH de
concentration molaire C=0,01mol.L-1 . La mesure du pH de la solution (S) donne pH=2,9 .
0,5 1- Ecrire l'équation chimique modélisant la réaction entre l'acide méthanoïque et l’eau.
2- En se basant sur le tableau d’avancement :
0,5 2-1- Exprimer x éq , l’avancement de la réaction à l’équilibre, en fonction du pH et du volume V.
Calculer sa valeur.
0,5 2-2- Vérifier que le taux d’avancement final de la réaction est τ=12,6% .
0,75 2-3- Montrer que le quotient de réaction à l’équilibre Qr,éq associé à l’équation de la réaction s’écrit :
C.τ 2
Q r,éq = . Calculer sa valeur.
1-τ
0,5 2-4- On note pK A = -logK A , K A étant la constante d’acidité du couple HCOOH (aq) /HCOO(aq)
-
.
-
Calculer pK A (HCOOH (aq) /HCOO(aq) ).

0,5 3- En comparent pH à pKa , déduire l’espèce prédominante du couple HCOOH(aq) / H COO(aq) .
Partie 2 : U n Dosage pour déterminer la durée de fonctionnement d' une pile
La pile étudiée est une pile diiode - zinc. Elle est composée de deux demi-piles reliées
+ -
par un pont salin, papier filtre imbibé d’une solution de chlorure de potassium (K (aq)+Cl (aq) ).
La première demi-pile (compartiment 1) est constituée d’une lame de zinc plongeant dans
100 mL de solution contenant des ions zinc à la concentration [Zn2+(aq) ]0 = 1,0 × 10-1 mol.L-1
. La seconde demi-pile (compartiment 2) est constituée d’une lame de platine plongeant
dans 100 mL d’une solution brune contenant du diiode de concentration molaire
[I2(aq)]0 = 1,0 × 10-1 mol.L-1 et des ions iodure de concentration molaire
[I-(aq)]0 = 5,0 × 10-2 mol.L-1 .
L’électrode de. platine ne subit aucune altération chimique lorsque la pile fonctionne.
On associe à cette pile un ampèremètre et une résistance en série comme indiqué
sur le schéma ci-dessous.
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3 Matière : Physique Chimie - Série Sciences expérimentales - filière: sciences physiques -
8 - Option : français

Données :
Couples oxydant réducteur : I2/I- ; Zn2+/Zn ; Constante de Faraday : F = 96 500 C.mol -1
1. Réalisation de la pile
0,5 1.1. Recopier le schéma ci dessus sur votre copie et indiquer sur il le sens conventionnel
du courant et les polarités de la pile. Justifier.
0,5 1.2. Écrire les demi-équations des réactions se produisant aux électrodes et préciser
la nature de ces réactions.
0,5 1.3. En déduire l’équation globale de fonctionnement de la pile.
2. Durée de fonctionnement de la pile
On laisse fonctionner la pile pendant la durée ∆t. On suppose que l’intensité I du courant
débité par la pile reste constante et égale à 50 mA.
Pour déterminer la quantité de matière de diiode ayant été consommée pendant le
fonctionnement de la pile, on dose le diiode restant dans le compartiment 2 de la pile avec
+ 2-
une solution incolore de thiosulfate de sodium (2 Na (aq) + S2O3 (aq)) de concentration
molaire en soluté apporté C1 = 2,0 × 10-1 mol.L-1.
On précise que la couleur brune de la solution du compartiment 2 est due à la présence
de diiode, seule espèce colorée mise en je u.Le volume de solution de thiosulfate de
sodium versé à l’équivalence est V1,E = 14,7 mL.
L’équation de la réaction servant de support au dosage est :

2 S2O32-(aq) + I2(aq)  S 4O62-(aq) + 2 I-(aq)

0,5 2.1. Montrer que la quantité de matière n cons(I2) de diiode consommé lors du fonctionnement
de la pile est: n cons(I2) = 8,53 × 10 -3 mol.
2.4. Durée de fonctionnement de la pile
0,25 2.4.1. déduire la valeur de l’avancement x de la réaction correspondant au fonctionnement
de la pile au bout de la durée ∆t.
0,5 2.4.2. Vérifier que la quantité d’électricité fournie par la pile est 1646,29 C
0,5 2.4.3. En déduire la durée ∆t de fonctionnement de la pile.
Physique (13 points)
Exercice 1 (4 points)
Partie 1 : Application des ondes ultrasonores (1 point)
Une voiture est équipée d’un système comportant un émetteur (E) et un récepteur (R) d’ultrasons
placés côte à côte à l’arrière du véhicule.
Lors d'un stationnement, l'émetteur (E) envoie des ultrasons sous forme de salves. Ces ultrasons sont
captés par le récepteur (R) après réflexion sur un obstacle situé à la distance d de (E).
Donnée: Vitesse de propagation des ultrasons dans l’air : v0 = 340 m.s-1 .
0,25 1. Choisir parmi les propositions suivantes celle qui est correcte:
a L'onde ultrasonore est une onde longitudinale
b L'onde ultrasonore se propage dans le vide
c La propagation des ultrasons se fait avec transport de matière
d La fréquence des ultrasons varie en changeant le milieu de propagation
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4 Matière : Physique Chimie - Série Sciences expérimentales - filière: sciences physiques -
8 - Option : français
2. L'oscillogramme ci-contre donne le signal émis par l'émetteur (E)
et le signal réfléchi par le récepteur (R).
0,25 2.1. Déterminer graphiquement la durée  entre le signal émis et le
signal reçu.
0,25 2.2. Calculer la distance d qui sépare l’obstacle de l'émetteur (E).
0,25 2.3. On considère un point M du milieu de propagation qui se
d
trouve à la distance EM = de l'émetteur (E).
2
Recopier sur votre copie le numéro de la question et écrire la lettre
correspondante à la proposition vraie :
L'élongation yM (t) de M en fonction de l'élongation de l'émetteur
(E) est:
τ τ
a yM (t) = yE (t - τ) b y M (t) = y E (t - ) c y M (t) = y E (t - ) d yM (t) = yE (t - 2τ)
2 4

Partie2: Ondes lumineuses (1 point)

Pour détermner la largeur a d'une fente, on l'éclaire par une source de lumière Laser produit un faisceau
parallèle composé d’une radiation bleue de longueur d’onde   487,6 nm dans le vide.

On observe sur un écran placé à une distance D de cette fente

qui est variable, une série de taches lumineuses (figure ci-contre).

Données :

- Célérité de la lumière dans le vide : c  3.108 m.s 1 ;

0,25 1- Calculer la fréquence υB de la radiation bleue.

0,25 2- Nommer le phénomène observé sur l’écran, et déduire la nature de la lumière mise en évidence par
cette expérience.
3- L’étude expérimentale du phénomène permet de tracer la courbe de la figure ci dessous :qui donne
0,75 les variations de la largeur de la tache centrale L en fonction de la distance D..
Dans le cas des petits angles,établir l'expression de la largeur
de la tache centarle L en onction de D, a, et  .
Calculer la largeur a .

.
2

0,1
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5 Matière : Physique Chimie - Série Sciences expérimentales - filière: sciences physiques -
8 - Option : français
Partie 3 : Age d’une nappe phréatique (2points)

Les nappes phréatiques sont des réservoirs d’eaux souterraines stockées à faibles profondeur dans les
roches poreuses.
35 36
Le chlore existe dans la nature sous forme de trois isotopes : le chlore 35 ( 17 Cl) , le chlore 36 ( 17 Cl) et
le chlore 37 ( 37
17 Cl) .
Dans les eaux de surface (mers, lacs,…), la teneur en chlore 36 est constamment renouvelée et peut être
supposée constante.
Dans le cas des eaux de nappes phréatiques, le renouvellement n’existe plus et la proportion en chlore 36
diminue au cours du temps.
Données : Noyau ou particule Electron Chlore 36 Cl Argon 36 Ar
17 18

Masse en (u ) 0, 000549 35,968312 35,967545

35 36 37
Noyau 17 Cl 17 Cl 17 Cl
Energie de liaison par nucléon (MeV/nucléon) 8,5178 8,5196 8,5680
- 1u=931,5MeV ;
- Constante radioactive du chlore 36 :   2,30.106 an 1 .
0,25 1- Donner la composition du noyau du chlore 17 35
Cl .
35 36 37
0,25 2- Déterminer, en justifiant votre réponse, le noyau le plus stable parmi les isotopes 17 Cl , 17 Cl et 17 Cl .
3- Le noyau du chlore 36 est radioactif, il donne en se désintégrant un noyau d’argon 36
18 Ar .
0,25 3-1- Ecrire l’équation de désintégration d’un noyau du chlore 36 et déduire son type .
0,5 3-2- Calculer, en unité MeV , l’énergie libérée E libérée = ΔE au cours de la désintégration d’un noyau du
chlore 36.
0,5 4- Un échantillon de volume V , des eaux de surface, contient N0 noyaux du chlore 36 et un autre

échantillon de même volume V , d’eau issue d’une nappe phréatique ne contient plus que 38% du
nombre de noyaux du chlore 36 trouvés dans les eaux de surface.
Déterminer, en unité an , l’âge de la nappe phréatique.
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6 Matière : Physique Chimie - Série Sciences expérimentales - filière: sciences physiques -
8 - Option : français
Exercice 2 (4 points)
Le condensateur est un composant électronique caractérisé par sa capacité qu’on peut
déterminer par l’étude de sa charge avec un générateur idéal de courant. Le condensateur, placé
dans un circuit, peut stocker l’énergie qui sera transférée lors de différents usages.
Cet exercice vise :
- La détermination de la capacité d un condensateur ;
- Réponse d'un dipôle RC à un échelon de tension ascendant
- L'étude des oscillations électriques libres dans un circuit LC.
Partie 1 : Détermination de la capacité d’un condensateur
On réalise le montage de la figure (1) constitué des éléments suivants:
- un générateur idéal de courant qui alimente le circuit par un
courant électrique d'intensité constante I 0 = 3, 2.10−5 A ;
- une bobine b1 d’inductance L1 et de résistance négligeable ;
- un condensateur de capacité C ;
- un interrupteur K à deux positions.
Figure 1
1. À l’instant t0 = 0 , on ferme l'interrupteur K , et
on suit à l'aide d'un dispositif convenable, les variations de la
tension uC (t ) aux bornes du condensateur. La figure (2)
représente la courbe obtenue.

0,5 1.1. En exploitant la courbe, trouver la valeur de C

0,25 1.2. Déterminer l’énergie électrique Ee emmagasinée par le 20
condensateur à l’instant t = 3 s .
0,25
Figure 2
Pour vérifier la valeur de la capacité C du condensateur trouvée précédemment On réalise le montage
électrique représenté dans la figure (3) comportant:
- un générateur idéal de tension de force électromotrice E ;
- Le meme condensateur utilisé précédemment de capacité C
initialement non chargé;
- une bobine d’inductance L réglable et de résistance négligeable ;
- un conducteur ohmique de résistance R  20  ;
- un interrupteur K à double position.
Figure 3
Partie 2 : Réponse d'un dipôle RC à un échelon de tension ascendant
À l'instant t0  0 , on place l'interrupteur en position (1).
0,5 1. Établir l’équation différentielle vérifiée par la tension uC
aux bornes du condensateur.
0,5 2. La solution de cette équation différentielle s’écrit
t
uC (t )  A.(1  e  ) .
Déterminer les expressions de A et  en fonction des
paramètres du circuit.
0,25 3. La figure (4) représente la variation de la tension uC (t ) .
En exploitant le graphe, déterminer la valeur de :
a. la force électromotrice E ;
b. la constante de temps  . Figure 4
0,25 4 . Vérifier que la valeur de C est la meme que celle trouvée dans la question 1.1 partie1
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7 Matière : Physique Chimie - Série Sciences expérimentales - filière: sciences physiques -
8 - Option : français
Partie 3 :L'étude des oscillations électriques libres dans un circuit LC.
Lorsque le régime permanent est atteint, on bascule l'interrupteur K en position (2) à l'instant t0  0.
La figure (5) donne la variation de la tension
uC aux bornes du condensateur pour deux
valeurs L1 et L 2 de l’inductance de la bobine
avec L1  L 2 .
0,5 1. Établir dans ce cas l'équation différentielle
vérifiée par la tension uC (t ) .
0,25 2. Nommer le régime d’oscillations dans
le circuit et Justifier la nature des oscillations.
0,25 3. Préciser, en justifiant, la courbe
correspondante à la valeur de l’inductance L1 .
0,25 4. Déterminer graphiquement la valeur de la
période propre T01 de l’oscillateur (L1C ) et la
valeur de la période propre T02 de
l’oscillateur ( L 2C ) . Figure 5

0,25 5 . S achant que L1  20 mH , Vérifier pour la deuxième fois la valeur de la Capacité c du condensateur.
(on prend  2  10 ).
0,25 6. Montrer que l’intensité maximale qui circule dans de l’oscillateur ( L 2C ) s’exprime par la
T
relation I 2max  01 .I1max . Calculer sa valeur.
T02
Exercice 3;mouvement d’un skieur (5,5 points)
Le saut à ski est une discipline de la famille de ski nordique qui consiste à descendre sur une
piste pour décoller en essayant d’aller le plus loin possible.
Cet exercice vise l’étude du mouvement d’un skieur au cours de l’étape de glissement sur une
piste et au cours de sa chute dans l’air.

Un skieur de masse m glisse sur une piste ABO pour effectuer un saut dans l’air avec une vitesse
initiale horizontale.
La piste de glissement est constituée :
- d’une partie AB rectiligne inclinée d’un angle  par rapport à l’horizontal et où les frottements
sont équivalents à une force unique f constante de même direction que le vecteur vitesse et de sens
opposé;
- d’une partie BO rectiligne horizontale.

Données : g  10 m.s 2 ; m  80 kg ;   15 ; AB 100 m

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8 Matière : Physique Chimie - Série Sciences expérimentales - filière: sciences physiques -
8 - Option : français
Partie 1: Mouvement du skieur sur la partie AB
Le skieur part sans vitesse initiale de la position A . On modélise le skieur avec ses accessoires par un
solide ( S ) de masse m et de centre d’inertie G . Pour étudier le mouvement de G sur la partie AB ,
on choisit un repère ( A, i , j ) lié à la Terre supposé galiléen. On repère la position de G à un instant
t par son abscisse xG dans ce repère. À t0  0 : xG  x0  0 .
Le mouvement de G est rectiligne uniformément varié. G passe par B à l’instant t B  10,5 s .
0,5 1.1. En appliquant la deuxième loi de Newton, établir l’équation différentielle vérifiée par xG .
0,5 1.2. Calculer la valeur de l’accélération aG du mouvement de G .
0,25 1.3. Écrire l’équation horaire du mouvement de G .
0,5 1.4. Déterminer la valeur de la vitesse de G au passage par la position B .
0,5 1.5. Déterminer l’intensité f de la force de frottement.
0,5 1.6. Déterminer l’intensité de la réaction R exercée par le plan sur le skieur.
Partie 2: Mouvement de chute du skieur
Le skieur quitte la partie BO en O avec une vitesse horizontale VO tel que V0  14 m.s 1 . Il tombe en
chute libre sur le sol situé à la hauteur h  10 m de la partie BO et touche le sol en une position P
d'abscisse x P dans le repère orthonormé (O, i ', j ') lié à la Terre supposé galiléen. On choisit comme
nouvelle origine de temps, l’instant de passage de G par O .
0,75 2.1. Établir, en unité mètre, les équations horaires xG (t ) et yG (t ) du mouvement de G .
0,5 2.2. À quel instant t P le skieur arrive au sol ?
0,5 2.3. Déterminer la valeur de l’abscisse x P .
0,5 2.4. Déterminer les caractéristiques du vecteur vitesse vP .
0,5 2.5. Un deuxième skieur quitte la partie BO en O avec une vitesse V0' telle que V0'  V0 .
Indiquer, en justifiant, le skieur qui aura le meilleur saut.