MINISTERE DES ENSEIGNEMENTS SECONDAIRESEXAMEN :

BACCALAUREAT FEPREUVE DE : SCIENCES PHYSIQUES SESSION : 2013

SPECIALITE : F8 DUREE : 3 HEURES COFFICIENT : 3

S C I E N C E S P H Y S I Q U E S

CHIMIE/ 6 POINTS

L’asparagine est un composé organique exigé par le système nerveux pour maintenir l’équilibre. Ce composé augmente la résistance à la fatigue, intensifiant de ce fait la vigueur des athlètes.Les symptômes d’insuffisance de l’asparagine peuvent mener à la confusion, aux maux de tête, à la dépression, à l’irritabilité ou, dans des cas extrêmes, à la psychose. C’est un composé que le corps peut fabriquer dans le foie. On le trouve aussi dans les produits laitiers, l’œuf, la viande (porc) et la volaille La molécule d’asparagine a pour formule : H2N-CO-CH2-CHNH2-CO2H

1.1 Cette molécule est-elle chirale? Justifier la réponse. 0,5x2pt1.2 Quelles fonctions chimiques possède l’asparagine? 0,5x2pt1.3 L’asparagine peut-être synthétisée à partir de l’acide aspartique de formule :

HO2C-CH2-CHNH2-CO2H

Préciser le composé (formule et nom) qu’il faut faire réagir avec cet acide pour préparer l’asparagine. Ecrire les équations des réactions mises en jeu dans cette préparation.

0,5x2 pt

1.4 La décarboxylation de l’acide aspartique donne, entre autres, une molécule d’acide α aminé chirale A.

1.4.1 Ecrire l’équation de la réaction de décarboxylation et nommer la molécule A. 1x2pts1.4.2 Donner les représentations spatiales des deux énantiomères de A ainsi que leurs

représentations de Fisher.0,5x2pt

PHYSIQUE 14 POINTSAPPLICATION DIRECTE DU COURS 4 Points

Un atelier de plasturgie contient un ensemble de dix presses identiques branchées chacune sur un réseau triphasé 230 V/400 V ; 50 Hz.Une des presses présente un problème électrique. L'électricien chargé de la réparation doit, avant toute intervention, déterminer la nature de chaque fil d'alimentation. Pour cela, il mesure au voltmètre la tension électrique entre les différentes bornes accessibles :U AC= 230 V; U AD= 400 V; U BC 230 V.

1 Déterminer le fil neutre entre les fils A, B, C et D 1 pt2 La presse défaillante est branchée en étoile avec le neutre. Donner le schéma du

branchement pour trois récepteurs.1,5 pt

La puissance totale absorbée lorsque toutes les presses fonctionnent vaut 250 kW ; l'intensité en ligne vaut alors 42 A pour une presse.3 Calculer le facteur de puissance d'une presse. 1,5 pt

Fil A

Fil B

Fil C

Fil D

II- UTILISATION DES ACQUIS : 5,75Points1 On rappelle que l'énergie d'un atome d'hydrogène est quantifiée et ne peut prendre

que les valeurs suivantes : En = E0/ n² avec E0 = -13,6 eV et n = 1, 2, 3....1.1 Représenter sur un diagramme les niveaux d'énergie en électron-volts de l'atome

d'hydrogène pour n compris entre 1 et 5.0,5Pt

1.2 Préciser ce qu'on appelle état fondamental et état excité. S'aider de ce diagramme pour justifier le caractère discontinu du spectre d'émission de l'atome d'hydrogène

0,5pt x3

2 Qu'appelle-t-on énergie d'ionisation de l'atome d'hydrogène ? Quelle est sa valeur ? 0,5pt x23 L'atome d'hydrogène passe du niveau d'énergie correspondant à n=5 au niveau n=3.3.1 Calculer la longueur d'onde de la radiation émise. (0,5+0,25) pt3.2 A quel domaine de radiation cette longueur d'onde appartient-elle ? 0,5pt3.3 Les quatre premières raies de la série de Balmer correspondant au niveau n=2 ont

pour longueur d'onde : 410 nm , 434 nm, 486 nm, 656 nm. Les longueurs d'ondes de la série de paschen sont supérieures à 820 nm. Les séries de Balmer et de Paschen ont été découvertes respectivement en 1885 et 1909. Justifier cette chronologie

0,5pt

4 L'atome d'hydrogène étant dans un état correspondant au niveau n=3, il reçoit un photon d'énergie 0,5 eV. Le photon est-il absorbé ?- L'atome d'hydrogène étant dans un état correspondant au niveau n=3, il reçoit un photon d'énergie 2 eV. Montrer que l'électron est arraché. Calculer son énergie cinétique en eV.

0,5ptx2

Données : célérité de la lumière dans le vide :3 108 m/s; constante de Plank : h=6,62 10-34 Js ; charge élémentaire : e = 1,6 10-19 C.

III-EXERCICE A CARACTERE EXPERIMENTAL 4,75 PointsUn groupe d’élèves se propose de faire quelques manipulations d'optique utilisant les lentilles. Pour cela il dispose :- d'un banc d'optique horizontal,- d'un objet réel AB tel que A appartient à l'axe optique de la lentille et AB perpendiculaire à cet axe, de deux supports de lentilles, de trois lentilles minces- L1 convergente de distance focale image f'1 = 100/3 cm ;- L2 convergente de distance focale image f'2 inconnue ; - d'un écran perpendiculaire au banc d'optique et à l'axe optique de la lentille utilisée.

1 Calculer la vergence de la lentille. 0,5 pt2 Tracer le rayon émergent de cette lentille 0,5 pt3 La lentille L1 est placée à 50 cm de l'objet AB de hauteur h= 1 cm3.1 Déterminer la position, la nature et la taille de l'image A'B' de l'objet AB et construire

l'image A'B'.(0,5+0,25)pt

3.2 Si l'objet est la lettre "d" que voit-on sur l'écran ? Justifier. 0,5 pt

4 Sans modifier des positions précédentes, l'élève fait tourner la lentille et son support autour d'un axe vertical passant par le centre optique de la lentille ; il constate que l'image devient floue

4.1 Quelle première condition d'obtention de bonnes images n'est pas alors respectée ? 0,5 pt4.2 Quelle est l'autre condition d'obtention de bonnes images. Comment pourrait-on

vérifier expérimentalement cette condition ?(0,5+0,5) pt

4.3 4.3 Comment sont appelées ces deux conditions ? 0,5 pt

PROPOSITION DE CORRECTION

CHIMIE

1.1Oui la molécule est chirale puisqu’elle possède un atome de carbone asymétrique dont tous les voisins sont différents.

1.2 C’est la fonction amide et la fonction acide aminé

1.3

Le composé à faire réagir avec l’acide aspartique est : l’ammoniac car il s’agit de la formation d’amide non substitué à partir de l’acide carboxylique correspondant.NH3 +HO2C-CH2-CH(NH2)CO2H NH4

+ +

-O2C-CH2-CH(NH2)CO2HNH4

+ +

-O2C-CH2-CH(NH2)CO2H H2NCO-CH2-CH(NH2)CO2H +H2O

1.4.1 HO2C-CH2-CH(NH2)CO2H CH2-CH(NH2)-CO2H + NH2

1.4.2

PHYSIQUE

APPLICATION DIRECTE DU COURS

1

Détermination du fil neutre entre les fils A, B, Cet D

Entre A et C : 230 V, c'est à dire une tension simple : l'un des deux fils A ou C est le neutre.

Entre A et D : 400 V, c'est à dire une tension composée : les fils A et D sont des fils de phase.

Entre B et C : 230 V, c'est à dire une tension simple : l'un des deux fils B ou C est le neutre. C : fil neutre

2

Schéma du branchement pour trois récepteurs.

3

Calcul du facteur de puissance d'une presse.

P = U I√3 cosρ avec P = 25010

=25 kW = 25 000 W ;

I= 42 A (intensité en ligne) U = 400 V (tension composée)

Cosρ = P

UI √3 A.N : Cosρ =

25000400 x 42x 1,732

=0,86

UTILISATION DES ACQUIS

1.1

Diagramme des niveaux d'énergie en électron-volts de l'atome d'hydrogène pour n compris entre 1 et 5.

énergie (eV) -13,6 -3,4 1,51 0,85 0,54n 1 2 3 4 5

1.2

Préciser ce qu'on appelle état fondamental et état excité. S'aider de ce diagramme pour justifier le caractère discontinu du spectre d'émission de l'atome d'hydrogèneLes échanges d'énergies entre la lumière et la matière ne se font pas de manière continue mais par quantité élémentaire.Une transition atomique est le passage d'un état d'énergie à un autre.La fréquence d'un photon émis ou absorbé est reliée aux énergies En et Ep par la relation de Bohr

2L'énergie d'ionisation de l'atome d'hydrogène est l'énergie qu'il faut fournir pour arracher l'électron soit 13,6 eV.

3.1

Transition n=5 à n=3 : l'énergie de l'atome diminue, un photon est émisw= 1,511-0,544 = 0,967 eV ou 0,967x1,6 10-19 = 1,547. 10-19 J

longueur d'onde du photon émis : ʎ= hcw

A.N : ʎ = 6,62x 10−34 x3 x108

1,547 x 10−19 =1,28 10-6

ʎ =1,28 .10-6 m3.2 ʎ =1,28 .10-6 m est le domaine des U.V

3.3les raies de la série de Balmer appartiennent au domaine du visible.Les raies de la série de Paschen au domaine I.R, plus difficile à mettre en évidence au début du XXè siècle.

4

Le photon peut être absorbé si son énergie est égale à la différence d'énergie entre deux niveaux d'énergie de l'atome.Etat excité n=3 : E3 = -1,51 eV; état excité n=4 : E4 = -0,85 eVDifférence d’énergie : ∆W=1,51-0,85 = 0,66 eV,∆W = 0,66 eV ¿ 0,5 eV, donc le photon d'énergie 0,5 eV ne peut pas être absorbé par l'atome.A partir de l'état excité n=3 , il est possible d'ionisé l'atome en fournissant au minimum 1,51 eV.Un photon d'énergie 2eV ionise donc cet atome initialement à l'état excité n=3.L'énergie ∆W =2-1,51 = 0,49 eV est emportée par l'électron, sous forme d'énergie cinétique.

III-EXERCICE A CARACTERE EXPERIMENTAL

PARTIE I : LENTILLE L1

1. Calcul de la vergence de la lentille f'1 = 100/3 =33,33cm

C =1f 1

A.N : C = 1

33,33x 10−3 = 3 C =3δ

2.Traçons le rayon émergent de cette lentille1

3.1Détermination de la position, la nature et la taille de l'image A'B' de l'objet AB et construire l'image A'B'.

La lentille L1 {O1 A=−50cm=−0,5mh=1cm

Position, nature et taille de l'image A'B' de l'objet AB :

Formule de conjugaison : 1f 1

= 1O1 A

- 1O1 A

A.N : O1A' = 1 m.

O1A' étant positive, l'image est réelle.

grandissement transversal : = O1 A '

O1 A A.N :γ =

1−0,5

= -2

γ =- 2 l’image est renversée de taille 2h = 2 cm.

Construction de l'image A'B' :

3.2 Si l'objet est la lettre "d" sur l'écran on voit la lettre "p"4.1 Condition d'obtention de bonnes images :Objet de petites dimensions placé au voisinage de l'axe optique principal

4.2 Eliminer (utiliser un diaphragme) les rayons lumineux trop inclinés sur l'axe optique principal4.3 Conditions de Gauss