corrige_GEIPI_PHYSIQUE_2008

8/7/2019 corrige_GEIPI_PHYSIQUE_2008

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EXERCICE I OBLIGATOIRE

Rpondre, compter ou cocher la ou les rponses exactes

I-1. En octobre 2007, lacadmie des Nobel a dcern le prix de physique Albert Felt et Peter Grnberg.Leurs travaux ont mis en vidence le phnomne de magntorsistance gante.A quel champ disciplinaire de la physique cette tude fait-elle partie ?

astronomie nergtique nano sciences tude du climat physique nuclaire

Cette dcouverte trouva rapidement une application dans laugmentation importante de la capacit

de stockage des disques durs.

I-2. Donnez la signification de lacronyme GPL.Quels sont les alcanes prsents majoritairement dans le GPL ?

GPL : Gaz de Ptrole Liqufi

mthane propane et butane hexane octane dcane

I-3. Donnez la formule brute du bio thanol. Sa production est actuellement controverse.Donnez 2 arguments en faveur de son emploi et 2 arguments en sa dfaveur.

Formule : C2H5OH

CONTRE : La culture du bio carburant dsquilibre la production agricole alimentaire.

Le bilan nergtique de la production du biothanol est souvent mdiocre (on

attend des dispositifs qui transforme plus efficacement toute la plante en

alcool).

POUR : Le carbone du CO2 rejet lors de la combustion de lthanol provient du CO2absorb dans lair par la plante : le bilan est donc neutre, pas daggravation de

leffet de serre.

Cest une nergie renouvelable

I-4. Quel physicien a donn son nom aux lois rgissant le mouvement des plantes autour du

Soleil ?Nom :KEPLER

I-5. Complter la phrase :

La secondeest la dure de 9 192 631 770 priodes de la radiation correspondant

la transition entre 2 niveaux hyperfins de ltat fondamental de latome de csium 133.


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EXERCICE II

Lcholocation est le dispositif quutilisent certains animaux pour dtecter leurs proies et se reprerdans leur milieu naturel lorsque la vue ne leur permet pas de le faire. Ces animaux mettent des salvesdultrasons et en reoivent lcho.Les microchiroptres ou chauves-souris mettent, suivant leur espce, des ondes de frquence

comprise entre 30 et 120 kHz, elles sont produites par leur larynx qui module un puissant courant

dair. La dure dmission est de lordre de 1 5 ms, mais peut atteindre jusqu 50 ms pour certainesespces. La frquence de rptition de lmission, de lordre de 10 Hz lors de la recherche de proie,

peut aller jusqu 60 Hz en phase de chasse.

II-1.1. Comment peut-on qualifier ces ondes ?

La frquence dmission est propre chaque animal. Un grand rhinolophe met f= 83 kHz pendant

36 ms.

II-1.2. Calculer la priode T. Combien de priodes n comporte la salve ?

Un animal dune autre espce, un murin, met, en vol stationnaire, f' = 38 kHz pendant t = 3 ms.II-1.3. Combien de priodes n 'comporte la salve ?

Un cho de cette salve lui parvient = 20 ms aprs son mission.II-1.4. quelle distance D de la chauve-souris se trouve lobstacle ayant provoqu cet cho ?

On rappelle que la clrit des ultrasons dans lair est v0 = 340 ms-1

Lanimal se dirige alors vers lobstacle une vitesse V = 12 km/htout en mettant une nouvelle salve.

II-1.5. Aprs combien de temps ' lcho parviendra-t-il lanimal si lobstacle est immobile ?II-1.6. La longueur donde de lmission est proportionne la taille des proies. Si on admet que pour

tre dtecte, une proie doit tre 3 fois plus grande que la longueur donde utilise, valuer la tailleminimale des proies du grand rhinolophe, arhino et celle des proies du murin, amurin.

Certains mammifres aquatiques, comme les orques et les dauphins utilisent aussi le dispositif

dcholocation. Les orques mettent 20 kHz des salves de 200 sde dure.A la profondeur o les orques nagent, la clrit des ultrasons dans leau saline est de 1 500 m s-1.

II-2.1. Combien de priodes m comporte chaque salve ?

II-2.2. Si on prend toujours comme critre que pour tre dtecte, une proie doit tre 3 fois plus

grande que la longueur donde utilise, valuer la taille minimale aorquedes proies de cet animal.

Chauves-souris et mammifres marins mettent aussi des sons perceptibles par lhomme. Ces cris

servent la communication sociale.

II-3.1. A quelle gamme de frquence appartiennent-ils ?

II-3.2. Un son de frquence 8 kHz a une longueur donde air = 4,25 cm lorsquil se propage danslair, et une longueur donde eau= 18,75 cm lorsquil se propage dans leau saline. Dterminer laclrit du son dans chacun de ces milieux. Quelle proprit des milieux est mise en vidence lorsquelon compare les valeurs trouves celles de la clrit des ultrasons dans lair et leau de mer ?


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REPONSES A LEXERCICE II

II-1.1. progressives transversales mcaniques priodiques stationnaires longitudinales (Cocher la ou les rponses exactes)

II-1.2. Priode T = 12 s Nombre de priodesn = 3000

II-1.3. Nombre de priodes n ' :Expression littrale n '= f't Application numrique n '=114

II-1.4. Distance D :

Expression littrale D = v0 /2 Application numriqueD =3,4 m

II-1.5. Temps ' :Expression littrale ' = 2D / (V+ v0) Application numrique'=19,8 ms

II-1.6. Taille des proies :

Expression littrale arhino=3 v0/ f Application numrique arhino = 12 mm

Expression littrale amurin=3 v0/ f' Application numrique amurin = 27 mm

II-2.1. Nombre de priodes m =4

II-2.2. Taille des proies aorque =22 cm

II-3.1. Frquence minimale : 20 Hz Frquence maximale : 20 kHz

II-3.2. Clrit du son dans lair : vair = 340 m.s-1

Clrit du son dans leau : veau = 1500 m.s-1

Proprit : ces deux milieux sont non dispersifs.


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EXERCICE III

En milieu acide, le peroxyde dhydrogne ragit avec les ions iodure. Ltude exprimentale montreque la raction est totale, lente, et permet dobtenir une mole de diiode (I 2) par mole de peroxydedhydrogne consomme.III-1. Ecrire pour chacun des couples (H2O2/H2O) et (I2/I-) la demi-quation doxydorductionassocie.On se propose dtudier la cintique de cette raction. Pour ce faire, on mlange linstant initial lessolutions suivantes :

- 50mL diodure de potassium de concentration 0,02 mol.L-1- 100mL dacide sulfurique (H2SO4) de concentration 0,05 mol.L

-1- 50mL de peroxyde dhydrogne de concentration 0,02 mol.L-1

III-2. Ecrire lquation-bilan de la raction du peroxyde dhydrogne sur liodure de potassium.III-3. Dans cette raction, quelle est lespce chimique oxydante ? Lespce rductrice ?III-4. Calculer la quantit minimale de peroxyde dhydrogne ncessaire pour oxyder tout liodure.Quel est le ractif limitant ?

La spectroscopie visible permet de suivre lvolution de la raction, le diiode tant la seule espceabsorbante, ce qui permet dtablir la variation de [I2] en fonction du temps :

[I2] = f(t)

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

t en minutes

[I2] en mmol /L

IIIII-5. A partir des donnes, dterminer la vitesse volumique initiale : vo.III-6. Calculer lavancement maximal de cette raction : xmax .III-7. Dterminer le temps de demi-raction : t1/2.III-8. Sachant que le diiode apparat jaune-orang, choisir parmi les longueurs donde celle qui est lamieux adapte la mesure de sa concentration par spectrophotomtrie visible.


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REPONSES A LEXERCICE III

III-1. Demi raction (H2O2/H2O) : H2O2 + 2 H++ 2 e

- 2 H2O

Demi raction (I2/I-) : I2 +2 e-2 I

-

III-2. Equation-bilan : H2O2 + 2 H+

+ 2 I- 2 H2O + I2

III-3. Oxydant : H2O2

Rducteur : I-

III-4. n (H2O2) =1/2 V(I-) * c(I

-) Ractif limitant : I-

III-5. Vitesse volumique initiale : vo = 2,5 10-4

mol.L-1

.min-1

III-6. Avancement xmax = 5 10-4

mol.

III-7. Temps de demi-raction : t1/2= 8 mn

III-8. 5560nm 212nm 32nm 796nm 415nm

(Cocher la rponse exacte)


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EXERCICE IV

Dans le problme suivant, on veut tudier laction dune inductance sur la forme de lintensit.

L

e (t) uR R

uL

i (t)

E = 50 V

e (t)

t

0

IV-1. Ecrire lquation diffrentielle de variablei (t) caractrisant le circuit ci-dessus.Lquation donnant lintensit durant la charge est :i(t)= A + B exp (-t / )IV-2. Donner les expressions de A, B et en fonction de E, Ret L.IV-3. A partir de lenregistrementi (t) ci-dessous, trouver les valeurs de A, B et .

En dduire Ret L.

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

5

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1

t (en s)

i (en A)

On remplace la tension e (t) par la tension e1(t).

E = 50 V

e1(t)

t

0 2 3

IV-4. Tracer lallure de lvolution de i (t) entre 0 et 1 sIV-5. On considre lvolution de i (t) pour 0 < t. Calculer la valeurdei ().IV-6. On considre maintenant lvolution de i (t) pour < t 2 .On poset' = t -. Lquation donnant lintensit durant la dcharge est :i(t')= A' + B' exp (-t'/ ).Dterminer A' et B'. En dduire la valeurdei (t = 2 ).IV-7. On considre maintenant lvolution de i (t) pour 2 < t 3 . Calculer la valeurdei (t =3 ).


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REPONSES A LEXERCICE IV

IV-1. Equation diffrentielle : e(t) = Ri + L di/dt

IV-2. Expressions littrales :

A = E/R B = -E/R =L/R

IV-3. Applications numriques

A = 4,2 A B = -4,2 A = 0,15 s

R = 12 L = 1,8 H

IV-4.

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,54

4,5

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1

t (en s)

i (en A)

IV-5. Expression littrale : Application numrique :

i () = E/R (1 e-1) i () = 2,65 A

IV-6. A' = 0 B' = 2,65 A

Expression littrale : Application numrique :

i (2 )=B' e-1 i (2 ) = 1,0 A

IV-7. Expression littrale : Application numrique :

i (3 ) = A (A- B') e-1 i (3 ) = 3,0 A


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EXERCICE V

On se propose d'tudier le mouvement de la Lune autour de la Terre. Dans ce cadre, seul le systmeTerre-Lune en interaction seule est considr. L'influence des autres astres n'est donc pas prise encompte. La Terre et la Lune sont assimiles deux points matriels T et L de masses respectives mT etmL. La distance entre ces deux points est note dTL. On note u

r

le vecteur unitaire port par la droitepassant par les deux points T et L (voir figure 1). On ne tient pas compte de la rotation de la Terre surelle mme et on nglige tous les frottements. Enfin, on note G la constante de l'attraction universelle.

L

ur

TdTL

Figure 1 : Schma du systme Terre-Lune

V-1. Calculer la distance TC entre le centre de la Terre T et le centre d'inertie C du systme Terre-Lune.V-2. Quelle est la nature exacte de la trajectoire de la Lune autour de la Terre ?

Dans la suite du problme, on admet pour simplifier les calculs, que le mouvement de la Lune autourde la Terre est circulaire uniforme.

V-3. Quelle est la nature de la force Fr

qui s'exerce sur la Lune ?V-4. Placer F

r

sur le schma 1. Donner lexpression et calculer son intensit F.V-5. Quelle est l'unit de la constante de l'attraction universelle ?V-6. Donner l'expression vectorielle du vecteur acclration de la Lune La

v

en fonction deur

, dumodule de sa vitesse vLet de la distance dTL.V-7. En appliquant le principe fondamental de la dynamique, donner une seconde expression pource mme vecteur acclration.V-8. Tracer sur le schma 1 la vitesse Lv

r

de la Lune. Exprimer puis calculer son module vL.Quelle est la priode de rotation Tr de la lune autour de la Terre. Donner sa valeur en jours (J), heures(h), minutes (mn) et secondes (s).

Donnes mT = 5,980.1024

kg mL = 8,1.1022

kgR

T= 6 370 km R

L= 1 723 km

dTL = 387 200 km G = 6,67.10-11

SI


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REPONSES A LEXERCICE V

V-1. Position de C :

Expression littrale : Application numrique

TC = TLTL

L dmm

m

+

TC = 5175 km

V-2. Nature de la trajectoire : elliptique

V-3. Nature de la force Fr

: force de gravitation universelle

V-4. Intensit F :

Expression littrale :F =2

TL

LTGd

mm Application numrique : F= 2,16 10

20N

Schma 1 :

V-5. Unit de G: N.m2.kg-2 ou m3.s-2.kg-1

V-6. 1ere expression de =Lav

L

ud

v r

TL

2L-

V-7. 2e expression de =Lav

ud

m r

2

TL

TG-

V-8. Vitesse vL :

Expression littrale : vL =TL

TG

d

m Application numrique : vL = 1015 m.s

-1

Priode Tr : Application numrique :

Expression littrale :Tr =L

TL2

v

dTr = 27 j 17 h 50 mn 14 s

vLFur

T

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