Terminales S
TERMINALES S: EXERCICES PHYSIQUES ET CHIMIES
EXERCICES DE CHIMIE
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ALCOOL Exercice 1 Donner le nom systématique de chacun des corps dont la formule suit ; préciser ceux qui sont des alcools, leur classe ; CH3 ? CHOH ? CH3 ; CH3 ? CH2 ? CH2 ? CH2 ? CHO ; CH2O ; HOCH2 ? CH2 ? CH2OH CH3 ? CH2 ? CO ? CH2 ? CH2 ? CH3 ; Exercice 2 1) Compléter les équations-bilans suivantes en donnant uniquement le produit majoritaire ; nommer les réactifs et les produits obtenus. a- CH3CH2CH2CH = CH2 + H2O ? ………; b- CH3CH2CH = CHCH2CH3 + H2O ? ……. Exercice 3 1) Un monoalcool saturé A à pour masse molaire 60 g/mol. Quelle est la formule brute de cet alcool ? 2) On procède à une oxydation ménagée de A par du dichromate de potassium en milieu acide. Le composé obtenu ne réagit ni sur le réactif de Tollens, ni sur la liqueur de Fehling. Par contre, il donne un précipité jaune avec la dinitrophénylhydrazine (DNPH). Montrer que ces renseignements permettent de déterminer la formule développée de cet alcool. Quel est son nom ? 3) Ecrire les équations-bilans des réactions effectuées. Exercice 4 On dispose d’un mélange de propan-1-ol (noté A) et de propan-2-ol (noté B) dont la masse totale est de 18,00g. 1) Ecrire les formules semi développées de ces deux alcools. Préciser leur classe. 2) On procède à l’oxydation ménagée, en milieu acide, de ce mélange par une solution aqueuse de dichromate de potassium en excès. On admet que A ne donne que l’acide C ; B donne D. - Ecrire les formules semi développées de C et D. Les nommer. - Quels tests permettent de caractériser la fonction chimique de D sans ambiguïté ? - Ecrire l’équation bilan de la réaction d’oxydoréduction de A en C sachant que l’un des couples oxydant/réducteur mis en jeu est Cr2O72- / Cr3+. 3) On sépare C et D par un procédé convenable. On dissout C dans de l’eau et on complète le volume à 100 ml. On prélève 10 ml de la solution obtenue que l’on dose par une solution aqueuse d’hydroxyde de sodium, à 1 mol.l-1. L’équivalence acido-basique est obtenue quand on a versé 11,3 ml de solution d’hydroxyde de sodium. Calculer les masses de A et B contenues dans le mélange initial. On admettra que les réactions d’oxydation de A et B sont totales. Exercice 5 Pour fabriquer du vinaigre, on fait ruisseler du vin sur des copeaux de bois : on réalise ainsi l’oxydation ménagée, par le dioxygène de l’air, de l’éthanol en acide éthanoïque. Ecrire les deux demi-réactions et l’équation-bilan globale. On utilise du vin titrant 9°. Quelle masse d’acide obtient-on à partir de 100 hL de ce vin ? Quel est le volume d’air nécessaire à une température de 20°C sous une pression de101,3 kPa ? Données : dans 100 cm3 d’une boisson alcoolisée titrant x degrés, se trouvent x cm3 d’éthanol pur. Masse volumique de l’éthanol : 794 g.L-1. Exercice 6 Un alcène gazeux non ramifié A, de densité par rapport à l’air d = 1,93 , conduit, par hydratation, à un mélange de deux composés B et C. Afin de déterminer la composition de ce mélange, on procède à sa déshydrogénation catalytique, en l’absence d’air, sur du cuivre maintenu à 300°C. Les composés B’ et C’alors obtenus sont condensés. Le mélange liquide recueilli est partagé en deux fractions égales. Le dixième de la première fraction est traité par un large excès de solution de DNPH ; l’ensemble des précipités jaunes de même formule brute C10H12N4O4 est filtré, séché et pesé : sa masse est m =126 g. L’autre fraction est intégralement traitée par un large excès de liqueur de Fehling ; le précipité rouge brique obtenu est filtré, séché et pesé : sa masse est m’ = 7,15 g. 1) Déterminer la masse molaire puis la formule semi-développée et le nom de l’alcène A. 2) Déterminer la formule semi-développée et le nom de B et C ; lequel d’entre eux est obtenu de façon majoritaire ? 3) Ecrire les équations des réactions de passage de B à B’ et de C à C’. Pourquoi a-t-on opéré en absence d’air ? 4) Déterminer la quantité (nombre de moles) de composés carbonylés ayant réagi lors du test à la DNPH. 5) Ecrire l’équation de la réaction observée avec la liqueur de Fehling. Déterminer la quantité de composé carbonylée qu’elle a consommée. 6) Déterminer les quantités de composés B et C dans le mélange issu de l’hydratation de A. Ces résultats confirment-ils la réponse au 2) ? AMINES Exercice1 : 1) Donner les formules semi-développées des amines suivantes. Indiquer leur classe.
2) Nommer les composés suivants ; Préciser leur classe.
Exercice 2
Quelle est sa formule semi-développée et son nom ? Exercice 3 : Trouver les formules développées et les noms des composés des amines de formule brute C4H11N. Préciser la classe de chacune d’elles. Exercice 4 : On considère la diéthylamine (C2H5)2NH.
Exercice 5 : Soit une amine renfermant n atomes de carbone.
ACIDES CARBOXYLIQUES ET DERIVES Exercice 1 1) Ecrire les formules semi développées des composés suivants : a) acide 3,4-diméthylpentanoïque. f) N-éthyl 2-méthyl pentanamide. b) acide butanedioïque. g) benzoate de 2-méthyl propyle. c) N-éthyl N-méthyl éthanamide. h) pentanoate de 2-méthyl butyle. d) Chlorure de 3-phényl butanoyle. i) anhydride éthanoïque et propanoïque e) Anhydride benzoïque. j) benzoate de benzyle. 2) Donner les noms des corps dont la formule est : a) CH3 ? CH ? CH ? COOH e) CH3 ? (CH2)2 ? CH ? C ? O ? C ? CH3 ? ? ? ?? ?? CH3 CH3 CH3 O O b) C6H5 ? COO ? C2H5 f) CH3 ? CH2 ? CH ? C ? Cl ? ?? c) CH3 ? CH ? COO ? CH2 ? CH ? CH2 ? CH3 CH3 O ? ? CH3 CH3 g) CH3(CH2)6CO2(CH2)9CH3 d) CH3 ? CH ? C ? N ? CH3 h) CH3CH2CONHC6H5 ? ?? ? CH3 O C6H5 i) CH3(CH2)2CO ? O ? CO(CH2)2CH3. Exercice 2 Compléter les équations des réactions suivantes en précisant le nom des corps : a) C6H5 ? COOH P4O10 H2O + ………. b) C6H5 ? COOH + PCl5 H+ HCl + …….. + …….. c) C6H5COOH + CH3 ? OH 900° H2O + ………. d) C6H5COOH + NH3 ……… H2O + ………. e) CH3 ? CH2 ? C ? Cl + H2O ……… + ………. ?? O f) CH3COOCH(CH3)2 + OH ? ……….. + ……….. g) H ? C ? Cl + ……….. HCON(CH3)2 + ………. ?? O h) C3H7 ? OH Cr2O72-/ H+ ……… SOCl2 …….. .. C3H7 ? OH …………. Exercice 3 On dispose d’un mélange de propan-1-ol (noté A) et de propan-2-ol (noté B) dont la masse totale est de 18,00g. 1) Ecrire les formules semi développées de ces deux alcools. Préciser leur classe. 2) On procède à l’oxydation ménagée, en milieu acide, de ce mélange par une solution aqueuse de dichromate de potassium en excès. On admet que A ne donne que l’acide C ; B donne D. - Ecrire les formules semi développées de C et D. Les nommer. - Quels tests permettent de caractériser la fonction chimique de D sans ambiguïté ? - Ecrire l’équation bilan de la réaction d’oxydoréduction de A en C sachant que l’un des couples oxydant/réducteur mis en jeu est Cr2O72- / Cr3+. 3) On sépare C et D par un procédé convenable. On dissout C dans de l’eau et on complète le volume à 100 ml. On prélève 10 ml de la solution obtenue que l’on dose par une solution aqueuse d’hydroxyde de sodium, à 1 mol.l-1. L’équivalence acido-basique est obtenue quand on a versé 11,3 ml de solution d’hydroxyde de sodium. Calculer les masses de A et B contenues dans le mélange initial. On admettra que les réactions d’oxydation de A et B sont totales. Exercice 4 Soit un corps A, à chaîne carbonée saturée, ne possédant qu’une seule fonction organique, dont on veut déterminer la formule développée. 1) Sur 3,7 g de A, on fait réagir du chlorure d’éthanoyle en excès. Il se forme un ester et du chlorure d’hydrogène. a- Quelle est la fonction portée par A ? b- Ecrire l’équation de la réaction réalisée (on utilisera pour A une formule du type général) c- Le chlorure d’hydrogène formé est recueilli en totalité dans 5litres d’eau, le pH de la solution obtenue vaut 2. Déterminer la masse molaire et la formule brute de A. d- Donner les formules semi développées envisageables pour A. 2) Sur une autre part de A, on fait à présent agir une petite quantité de dichromate de potassium en milieu acide. Il se forme un produit B qui donne avec la liqueur de Fehling à chaud, un précipité rouge brique. a- Quelle est la fonction portée par B ? b- Ces expériences ont-elles permis de déterminer précisément le composé A ? Exercice 5 On dissout m = 3,11 g d’un acide carboxylique A à chaîne carbonée saturée dans de l’eau pure. La solution obtenue a un volume V = 1litre. On prélève un volume VA = 10 cm3 que l’on dose à l’aide d’une solution d’hydroxyde de sodium de concentration CB = 5.10-2 mol.l-1. L’équivalence est atteinte quant on a versé un volume VB = 8,5 cm3 de la solution d’hydroxyde de sodium. 1) Calculer la concentration CA de la solution d’acide. 2) En déduire la formule brute de l’acide A, sa formule semi développée et son nom. 3) On fait réagir sur A le penta chlorure de phosphore. Donner la formule semi développée et le nom du composé obtenu. Donner une autre méthode de préparation de ce composé. 4) On fait réagir sur A le déca oxyde de tétra phosphore. Donner la formule semi développée et le nom du composé obtenu. 5) On fait réagir sur A le butan-1-ol. Donner la formule semi développée et le nom du composé obtenu. Quelles sont les caractéristiques de cette réaction ? CINETIQUE Exercice 1 A l’instant de date choisi pour t = 0 s, on mélange 1 litre d’une solution d’éthanoate d’éthyle de concentration C1 = 10-2 mol.l-1 avec 1 litre d’une solution d’hydroxyde de sodium de concentration C2 = 10-2 mol.l-1. 1) Ecrire l’équation-bilan de la réaction de saponification qui se produit. 2) Calculer la concentration des ions hydroxyde dans le mélange à l’instant t = 0 s. 3) Par dosage de prélèvement on détermine la concentration en ions hydroxyde à différentes dates on trouve :
Compléter le tableau en explicitant le calcul pour un prélèvement. 4) Représenter graphiquement, sur une feuille de papier millimétré, la courbe donnant les variations de la concentration de C2H5–OH en fonction du temps. 1 cm ? 1min ; 1cm ? 5. 10-4mol.l-1. 5) Définir la vitesse instantanée de formation de l’éthanol calculer sa valeur à l’instant t = 5min. On l’exprimera en mol.l-1min-1 et en mol.l-1h-1. Exercice 2 A la date t = 0 s, on mélange rapidement à température constante, 20 cm3 d’une solution aqueuse (S1) de permanganate de potassium de concentration molaire volumique 5.10-3 mol.l-1 et 30 cm3 d’une solution aqueuse (S2) d’acide oxalique (acide éthanedioïque) de concentration molaire volumique 0,05 mol.l-1 acidifié, on étudie l’évolution de cette réaction au cours du temps. Pour cela on détermine la concentration [MnO4-] des ions permanganates dans le mélange à différentes dates.
1) Ecrire l’équation-bilan de la réaction. Les deux couples intervenant dans la réaction d’oxydo-réduction sont : MnO4-/ Mn2+ et CO2/ H2C2O4 de potentiels normaux respectifs E1°= 1,51 V et E2° = - 0,49 V. 2) Compléter le tableau ci-dessus après avoir donné la relation existant entre [Mn2+] et [MnO4-] à chaque instant. 3) Tracer la courbe représentant [Mn2+] = f (t) : 1cm ? 10s ; 1cm ? 0,1.10-3mol.L-1. 4) Définir la vitesse instantanée d’apparition de l’ion manganèse. 5) Déduire de la courbe la valeur de cette vitesse pour t = 80s. Déterminer le temps de démi-réaction. Exercice 3 :(BAC S2 2003) - Potentiels normaux des couples rédox : E° (Zn2+/ Zn) = - 0,76 V et E° (H3O+/ H2) = 0,00 V. - Volume molaire dans les condition de l’expérience : V0 = 24 L.mol-1. - Masse molaire en g/mol : Cl = 35,5 ; H = 1 ; O = 16 ; Zn = 65,4. On étudie la cinétique de la réaction naturelle entre deux couples. A t = 0 s, on introduit une masse m = 1g de zinc en poudre dans un ballon contenant v = 40mL d’une solution d’acide chlorhydrique de concentration Ca = 0,5 mol.L-1. On recueille le gaz dihydrogène formé au cours du temps et on mesure son volume v (H2). A chaque instant on désigne par x le nombre de mole d’acide disparu et par CR sa concentration molaire résiduelle. 1) Ecrire l’équation-bilan de la réaction. 2) Tenant compte des données numériques de l’énoncé et de l’équation précédemment écrite, établir les relations : x = et CR = 0,5 – 25x. (x est en mol, v (H2) en L et CR en mol.L-1). 3) Compléter le tableau de mesure ci-dessous et tracer la courbe CR = f (t). Choisir une échelle judicieuse à préciser.
4) Déterminer la vitesse moyenne de disparition des ions H3O+ entre les dates t1 = 200 min et t2 = 500 min. 5) Déterminer graphiquement la vitesse instantanée de disparition des ions hydronium à la date t1 = 200 min. 6) Déterminer la concentration C1 de la solution en ion Zn2+ à t = 300 min. 7) Déterminer la concentration C2 de la solution en ion Zn2+ en fin de réaction et calculer la masse mr de zinc restant. 8) Etablir une relation entre les vitesses instantanées de disparition de H3O+ et de formation de Zn2+. En déduire la vitesse instantanée de formation de Zn2+ à t1 = 200 min. Exercice 4 : (BAC S1 2003) Le chlorure de benzène diazonium, en solution aqueuse, se décompose dés que la température est supérieure à 10°C selon l’équation-bilan : C6H5N2Cl ? C6H5Cl + N2 (gaz) Le diazote formé, très peu soluble dans l’eau, se dégage. La mesure du volume x de diazote dégagé à température et sous pression constantes permet de suivre le déroulement de la réaction. On utilise un volume V = 35 mL d’une solution de chlorure de benzène diazonium à 11,25 g/L et à la température de 17°C et sous la pression P = 1 atm. 1) Vérifier que la concentration initiale du chlorure de benzène diazonium vaut C0 = 8.10-2 mol/L. 2) Montrer que la concentration [C6H5N2Cl] de la solution de chlorure de benzène diazonium restant à chaque instant est donnée en fonction de C0 et x par la relation : [C6H5N2Cl] = C0 (1 – 15x) avec x exprimé en litre 3) Le graphe de la concentration [C6H5N2Cl] en fonction du temps est donné par la courbe1. a- Déterminer graphiquement le temps de démi-réaction ?. b- Calculer le volume x de diazote dégagé à la date ?. c- Définir la vitesse instantanée de disparition du chlorure de benzène diazonium puis la déterminer à t1 = ? et à t2 = 0,25 h. 4) Déterminer le volume de diazote formé au bout d’un temps infini. On donne : constante des gaz parfaits R = 8,2.10-2 L.atm-1.mol-1.K-1. PH-ACIDES ET BASE-DOSAGE-SOLUTION TAMPON Exercice 1: produit ionique de l’eau à 37°C La manipulation proposée a pour but de déterminer le produit ionique de l’eau à 37°C, en mesurant le pH de six solutions d’hydroxyde de potassium maintenues à cette température. Les solutions sont préparées en introduisant un volume Vi d’une solution S0 d’hydroxyde de potassium de concentration C0 = 5,0.10-2 mol.L-1 dans une fiole jaugée de 100 mL et en complétant avec de l’eau distillée. Le pH est ensuite mesuré à 37°C, en commençant par la solution la plus diluée. Les résultats obtenus lors d’une manipulation sont les suivants :
1) Avec quelle verrerie doit-on mesurer Vi ? 2) Pourquoi mesure-t-on d’abord le pH des solutions les plus diluées ? 3) Etablir un tableau contenant Vi, pH, Ci et logCi, Ci étant la concentration de la solution Si. 4) Tracer le graphe pH = f (- logCi) ; en déduire le produit ionique de l’eau à 37°C et le pH de l’eau pure à cette température. Exercice 2 Par analogie avec le pH d’une solution, on peut aussi définir le pOH d’une solution : pOH = -log[HO-]. 1) Déterminer le pOH d’une solution telle que : [HO-] = 3,2.10-2 mol.L-1. 2) Trouver la relation liant pH, pOH et pKe. 3) Quel serait à 25°C, le pOH d’une solution dans laquelle [H3O+] = 1,0.10-3 mol.L-1 ? Exercice 3 L’acide sulfurique H2SO4 peut être considéré comme un diacide fort. On dispose d’une solution commerciale d’acide sulfurique de densité 1,815 et contenant 90% d’acide pur. 1) On souhaite préparer 1L d’une solution A d’acide sulfurique à 1 mol.L-1. Quel volume de solution commerciale utiliser pour cela ? 2) Ecrire l’équation de la réaction de l’acide sulfurique avec l’eau. 3) La solution précédemment obtenue sert à préparer deux solutions plus diluées : 500 mL d’une solution B de pH = 1,5 et 250 mL d’une solution C de pH = 1. Quel volume de A utiliser pour cela ? 4) On mélange B et C. Quel est le pH de la solution obtenue ? Exercice 4 Les questions suivantes sont indépendantes. 1) On obtient une solution S en mélangeant :
a- Calculer la concentration des ions OH- dans la solution S. Quel est son pH ? b- Déterminer la concentration de toutes les espèces présentes dans la solution S. c- Vérifier l’électroneutralité de S. 2) Une solution commerciale d’hydroxyde de sodium de densité 1,38, contient 35 % en masse d’hydroxyde de sodium pur. (C’est-à-dire 100 mL de la solution commerciale contient 35 mL d’hydroxyde de sodium pur). a- Quel volume V1 de cette solution doit-on diluer pour obtenir 1 L de solution de pH = 12,5 ? b- On verse 5 mL de la solution commerciale dans un litre d’eau. Quel est le pH de la solution obtenue ? 3) On considère 200 mL d’une solution de soude de pH égal à 11,4. a- Quel volume d’eau faut-il ajouter pour obtenir une solution de pH égal à 11 ? b- On ajoute 0,005g de chlorure de sodium dans 200 mL de la solution de soude de pH égal à 11. - Calculer la concentration des ions présents en solution. - Calculer le pH de la nouvelle solution Exercice 5 Dans un laboratoire, on dispose des solutions suivantes : - Une solution S d’hydroxyde de sodium de masse volumique ? = 1,2 kg/L de pourcentage massique en hydroxyde de sodium pur 16,7 %. - Une solution d’acide sulfurique de concentration molaire CA. - De l’eau distillée. 1) Montrer que la concentration volumique CB de la solution S peut s’écrire : CB = ? (? en g/L). 2) On prélève 10 mL de la solution qu’on dilue pour obtenir une solution S’ de concentration molaire volumique C’B = 0,1 mol/L. Déterminer le volume d’eau distillée nécessaire à la préparation. 3) Afin de déterminer la concentration CA de l’acide sulfurique, on dose 10 mL de celle-ci par la solution S’ d’hydroxyde de sodium. a- Ecrire l’équation-bilan de la réaction. b- A l’équivalence, le volume de la solution S’ d’hydroxyde de sodium utilisé est 20 mL. - Définir l’équivalence acido-basique et évaluer qualitativement le pH du mélange à l’équivalence. - Calculer CA. - Calculer les concentrations molaires des espèces chimiques présentes dans le mélange à l’équivalence. Exercice 6 On se propose d’effectuer le dosage d’une solution d’acide sulfurique de concentration molaire inconnue Ca et de volume Va = 500 cm3 par une solution d’hydroxyde de sodium de concentration Cb également inconnue. On relève le pH le pH pour différentes valeurs de volume V de solution basique versé. Les résultats obtenus sont consignés dans le tableau ci-dessous.V (cm3)
1) Ecrire l’équation bilan de la réaction et exprimer les concentrations molaires [Na+] ; [SO42-] et [H3O+] du mélange en fonction de Ca, Cb, V et Va. On se limitera à la partie de dosage avant l’équivalence. 2) Définir l’équivalence acido-basique ; exprimer le volume à l’équivalence Ve en fonction de Ca, Cb, et Va. Déduire des résultats précédents la relation :[H3O+] (Va + V) = Cb (Ve – V) 3) On pose nH3O+ = [H3O+] (Va + V) = 10-pH (Va +V).
Echelle : 1 cm ? 0,041 mol ; 2 cm ? 5 cm3.
ACIDES -? -AMINES Exercice 1 :
- Comment peut-on activer une fonction acide carboxylique ? - Donner le schéma de synthèse d’un dipeptide. L’appliquer à la synthèse du dipeptide Gly-Ala. Exercice 2 : 1) Donner les représentations de FISCHER de chacune des molécules dont les représentations en perspective sont les suivantes et les nommer dans la nomenclature officielle et la nomenclature L et D. Exercice 3 : L’acide aspartique est l’acide 2-aminobutanedioïque. 1) Ecrire la formule semi-développée de l’acide aspartique. La molécule de l’acide aspartique possède-t-elle une activité optique ? 2) Donner la représentation de FISCHER des différentes configurations de la molécule d’acide aspartique. 3) Quelle est la configuration qu’on trouve dans les organismes vivants ? Exercice 4 1) Un acide aminé a pour formule brute C3H7O2N. Ecrire les deux formules développées planes possibles et donner les noms des corps correspondants. L’un d’eux est un acide ?-aminé ; préciser lequel. 2) A partir de cet acide ?-aminé pris comme exemple et en utilisant la représentation de FISCHER, définir les notions suivantes : carbone asymétrique, chiralité, configuration D et L, composés énantiomères. 3) L’acide ?-aminé étudié dans cet exercice est l’isomère de configuration L. quand cet acide ?-aminé est en solution dans l’eau, l’espèce chimique prépondérante est un « amphion » ou « zwittérion » ; écrire la formule de cet amphion. Donner la formule de la base conjuguée de cet amphion et celle de son acide conjugué. Ecrire les équations des réactions avec l’eau des acides des deux couples acide-base présents dans la solution. |
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| C7 acides faibles et bases faibles (2.67 Mo) |
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Exercice 1 : Un mobile est animé d’un mouvement rectilignesinusoïdal d’amplitude a = 24 cm et de période T = 4 s. L’instant t = 0 étant un instant d’élongation maximale positive. 1)Ecrire l’équation horaire du mouvement. 2) Calculer l’élongation et l’accélération à ladate t = 0,5 3) Quelle est la vitesse à t = 0,5 s. 4)Calculer la date du premier passage à l’abscisse x = - 12 m et la vitesse à cet instant. . Exercice 2 : Un mobile ponctuel M se déplace sur un axe x’Ox d’origine O. La loi horaire de son mouvement est x = 2×10-2 cos (40 πt - π/6) (x en m). 1)De quel mouvement s’agit-il ? 2)Préciser l’amplitude, la pulsation, la période,la fréquence et la phase initial du mouvement. 3)Quelle est la longueur du segment décritpar M ? 4)Quelle est la vitesse de M à la date t ? En déduire : - la vitesse maximale de M ; - la vitesse de M à la date t = 1 s. 5) Déterminer la date du premier passage dumobile M à la position x = 10-2m. 6)Déterminer la phase à l’instant t = 2 s du mouvement de M. 7)Déterminer l’équation différentielle du mouvement de M.en déduire son accélération lorsqu’il passe par le pointd’abscisse x = 10-2 m. Exercice 3 : L’équation horaire du mouvement d’un mobile estx = 2×10-2 sin (40 πt + φ). Calculer φ pourchacun des cas suivants : 1) à l’instant initial,le mobile passe par l’origine des espaces dans le sens des élongations croissantes ; 2)à l’instant initial,le mobile passe par l’originedes espaces dans le sens des élongations décroissantes ; 3)à l’instant initial, le mobile passe par l’élongationmaximale ; 4) le mobile passe par l’élongation minimale àl’instant initial. Exercice 4 : Les deux plaques (A et B) horizontales de longueur L et séparées par une distance d, constituent un condensateur plan. On travaille dans le repèreR = (O,Ox, Oy,Oz) où le point O est équidistant des deux plaques (voir fig.ci-dessous)Toute l’expérience a lieu dans le vide et on néglige les forces de pesanteur.Un faisceau de protons homocinétique, émis en C à la vitesse nulle , est accéléré entre les points Cet D, situé dans le plan (O,Ox ,Oy).Il pénètre en O, en formant l’angle α avec Ox, dans lechamp supposé uniforme (voir fig). 1) Indiquer, en le justifiant, le signede VD – VC.Calculer en fonction de U = ?VD - VC ? la vitesse V0 de pénétration dans le champ.A.N : ?VD - VC ? = U = 1000 V, mp = 1,6.10-27 kg, e = 1,6.10-19 C. 2) .Indiquer, en le justifiant, le signe de (VA – VB ) pour que le faisceau de proton puissentsortir par le point O’ de coordonnées (L,0,0). Etablir l’équation de la trajectoire des protonsdans le repère (O,Ox ,Oy ,Oz ) en fonction de U, U’ = ?VA – VB ?, α et d. Quelle est la nature du mouvement des protons ? Calculer la valeur numérique de U’ permettant deréaliser la sortieen O’ pour α = 30°, L = 20 cm et d = 7 cm.3) .Dans le cas où la tension U’ a la valeur précédemment calculée, déterminer à quelle distance minimale de la plaque supérieure passe le faisceau de protons.
Exercice 5 : Tous les frottements sont négligés.Du point A d’un plan incliné de l’angle α sur le plan horizontal HOCM, on abandonne sans vitesse initiale un corps assimilable à un corps B de masse m. Il glisse selon la ligne de plus grande pente AO du plan et arrive en O avec une vitesse v0. Le plan incliné se raccorde tangentiellement en O avec une piste circulaire de rayon R. Au delà du point C, le mobile quitte la piste et retombe en M sur le plan horizontal (voir fig. ci-dessous). Le vecteur vitesse du mobile en C fait avec le plan horizontal, le même angleα que AO. 1) Etablir l’équation horaire du mouvement du mobile sur le plan incliné : AB = f(t). Exprimer sa v tance AO = l. Pourquoi la mesure de la vitesse du mobile en C est -elle la même qu’en O ? 2)Etablir en fonction de α, v0 et g l’équation de la trajectoire du mobile entre C et M dans le repère (Cx;Cz) , (voir fig.).Donner l’expression de la portée CM en fonction de v0, α et g,puis de l et α. Pour α =π/4 rad et l = 1,6 m, calculer v0 et la portée CM. 3)Pour faire varier la portée, on réalise un systèmemécanique déformable permet tant de modifier l’angle α. Lemobile étant toujours lâché du point A situé à la distance l de O sur le plan incliné de l’angle α avec l’horizontale, il quitte la piste en C avec un vecteurvitesse faisant l’angle α avec le plan horizontal.Pour quelle valeur de α cette portée CM est-ellemaximale ?
Exercice 6 : Un satellite de 220 kg se déplace sur une orbite à peu près circulaire à une altitude de 640 km au- dessus de la surface de la terre. 1)Quelle est sa vitesse ? 2)Quelle est sa période ? 3)Pour différentes raisons, le satellite perd de l’énergie mécanique au rythme moyen de 1,4.105 J à chaque révolution orbitale. En supposant que la trajectoire est un cercle dont le rayon diminuelentement, déterminer l’altitude du satellite, sa vitesse et sa période au bout de 1 500 révolutions orbitales. 4)Quelle est la valeur moyenne de la force freinant le satellite ? Exercice 7 : On donne : masse de la lune : ML = 7,35.1022 kg ; masse du soleil : MS = 1,99.1030 kg ;distances entre les centres d’inertie : - de la terre et de la lune : DL = 3,85.108 m ; - de la terre et du soleil : DS = 1,50.1011 m. Quelles sont les positions relatives de la terre,de la lune et du soleil,pour que le champ gravitationnel créé par la lune et le soleil au centre d’inertie de la terre : 1)soit minimal ; 2)soit maximal. Exercice 8: Un solide S, de masse m = 200 g et de centre d’inertie G, peut se déplacer d’un mouvement de translation rectiligne, sans frottement, le long d’un banc à coussin d’air. Celui-ci fait un angle α = 10° avec l’horizontale. Le solide est attaché à l’extrémi té inférieure d’un ressort de masse négligeable, à spiresnon jointives et à réponse linéaire ; l’autre extrémité du ressort est fixée en A (voir figure). g = 10m/s2 1 Le solide S étant en équilibre, son centre d’inertie est en G0.Le ressort dont l’axe est parallèle à la direction du banc, a subi un allongement ??0 = 6 cm. a)Représenter les forces qui s’exercent sur le solide b)Ecrire la condition d’équilibre du solide S sous forme vectorielle et projeter la relation suivant les deux axes (O,) et (O,). c)Exprimer le coefficient de raideur k du ressort en fonction des données. Calculer sa valeur numérique. 2) On écarte le solide de sa position d’équilibre vers le bas. Son centre d’inertie est alors en G1. La distance G0G1 mesurée le long du banc vaut d = 5 cm. On abandonne le solide sans vitesse à une date que l’on prendra pour origine des temps. La position G0 sera prise comme origine des abscisses. a) Ecrire la relation de la dynamique (ou théorème du centre d’inertie). b) Etablir l’équation différentielle du mouvement. c) Déterminer l’équation horaire du mouvement.
Exercice 9 : Une bobine de longueur 50 cm, comprenant 1 000 spires de diamètre 4 cm, est parcourue par un courant d’intensité 300 mA. 1)Peut-on considéré que le champ magnétique au centre de cette bobine est donné par la relation B = 4π.10-7 nI ? Pourquoi a-t-on donné le diamètre de la bobine ? 2) Quelles grandeurs représentent n et I ? Indiquer leurs valeurs pour cette bobine dans le système international d’unités. 3) Calculer l’intensité du champ magnétique à l’intérieur du solénoïde. 4)On juxtapose un solénoïde identique au précédent de façon à consti tuer un solénoïde de longueur double. Quel est le champ à l’intérieur de cette association ? Exercice 10 : Deux fils conducteurs rectilignes D1 et D2 verticaux sont parcourus par des courants d’intensités respectives I1 et I2 de sens contraire : I1 = I2 = 1 A. Les deux fils sont distants de d = 10 cm. Un axe horizontal coupe les deux fils en A1 et A2. 1)Trouver le champ magnétique résultant B en un point de l’axe tel que A1C = x. 2)Tracer le graphe b = f(x). On distinguera deux cas : a)premier cas : d < x < ∞ ; b)deuxième cas : 0 < x < d.
Exercice 11: A l’aide de bobines de Helmholtz,On crée unchamp magnétique dont les lignes de champ sont des droites parallèles, mais dont l’intensité varie en fonction du temps, selon la loi : B = B0 cos ωt.On place dans ce champ une petite bobine plate de diamètre 8 cm et compor tant 100 spires. L’axe de cette bobine est orthogonal aux lignes de champ. Calculer l’amplitude de la f.e.m. induite dans cette bobine.Données : B0 = 0,05 T ; ω = 50 rad/s
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.TERMINALES S: EXERCICES PHYSIQUES ET CHIMIES
PHYSIQUE
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CINEMATIQUE DU POINT MATERIEL: Exercice 1 : L’équation horaire de l’abscisse x d’un mobile en mouvement rectiligne est x (t) = t4 - 2t2 (x en cm).
- Le module du vecteur vitesse à l’instant t = 0,5s. - Le module du vecteur accélération du mobile à l’instant t = 0s.
Exercice 2 : Un mobile ponctuel M se déplace sur un axe x’ox d’origine O. la loi horaire de son mouvement est : x (t) = 2.10-2cos (40pt - π/6).
- la vitesse maximale de M. - la vitesse de M à la date t = 1s.
Exercice 3 : Un automobiliste roule sur un tronçon d’autoroute rectiligne à la vitesse de 130km.h-1. Soudain un obstacle fixe apparaît sur la voix à une distance D = 120m. Le conducteur freine immédiatement et réduit sa vitesse à 105 km.h-1 au bout d’une durée q = 1s. Si l’on suppose que la décélération de l’automobile reste constante, à quelle distance de l’obstacle la voiture va-t-elle s’arrêter ? impose alors à son véhicule ladécélération calculée au 1. A quelle distance de l’obstacle, l’automobile va-t-elle s’arrêter ? BASES DE LA DYNAMIQUE ET APPLICATIONS Exercice 1 : 1) Une grue portuaire soulève verticalement une charge de masse m = 10 tonnes. Cette dernière, initialement au repos, s’élève d’un mouvement uniformément accéléré d’une hauteur h = 6 m en une durée t = 3,5 s. a) calculer l’accélération a prise par la charge. b) Déterminer la valeur de la tension T1 du câble pendant l’ascension. 2) Dans une seconde phase du mouvement, la charge est soulevée avec une vitesse constante. Quelle est alors la tension T2 du câble ? 3) Le câble risque de se rompre s’il est soumis à une tension supérieur à Tmax = 4.105 N. La grue soulève désormais une charge de masse M’ = 15 tonnes, initialement au repos une hauteur h’ = 10 m d’un mouvement verticale uniformément accéléré. Quelle doit être la durée minimale t’ de l’ascension pour éviter la rupture du câble. Exercice 2 : Une bille (B) est utilisée comme projectile d’une fronde. Elle est accrochée à l’extrémité d’un fil inextensible, de masse négligeable, de longueur l = 40 cm. On fait tourner l’ensemble dans un plan vertical. La bille effectue un mouvement circulaire de centre C (voir figure 1). Elle passe au point H le plus élevé de sa trajectoire avec une vitesse vH = 15,0 m/s. On néglige les frottements de l’air. 1) Déterminer la tension T du fil quand la bille passe au point H. On prendra m = 50 g. 2) La bille est lâché en A tel que le rayon CA fasse avec la verticale du centre C un angle b = 30°. a) Le centre C étant a une altitude de 1,40 m au-dessus du sol, à quelle altitude maximale la bille monte-t-elle ? Quelle est la durée << vol >> de la bille TELECHARGER: cliquer ici GRAVITATION UNIVERSELLE
Données numériques pour tous les exercices : - Rayon de la Terre : RT = 6400 km. - Intensité du champ de gravitation au sol : G0 = 9,8 m.s-2. - Masse de la Terre : MT = 6.1024 km. - Constante de gravitation universelle : G = 6,67.10-11 SI. Exercice 1 1) Calculer la vitesse angulaire de rotation de la Terre autour de l’axe des pôles. 2) Soit un satellite de masse m à l’altitude h assimilable à un point matériel ayant une orbite circulaire. a- Exprimer la force d’attraction que la Terre exerce sur le satellite en fonction de G, RT, h, MT et m. Montrer que le mouvement du satellite est uniforme. b- Etablir l’expression de la vitesse du satellite sur sa trajectoire. c- Exprimer la période TS du satellite en fonction de h, RT et G0. 3) Le satellite est géostationnaire : a- définir le terme géostationnaire et préciser les caractéristiques de la trajectoire du satellite. b- à quelle altitude a-t-on placé le satellite ? 4) Le satellite, ayant toujours une orbite circulaire, est dans le plan de l’équateur à l’altitude 600km. a- le satellite est-il géostationnaire ? b- le satellite se déplace vers l’Est. Calculer l’intervalle de temps qui sépare deux passages successifs à la verticale d’un même point de l’équateur. TELECHARGE cliquer ici Champs magnétiques et mouvement d’une particule dans un champ magnétique Exercice 1 Un solénoïde est enroulé à spires non jointives, à raison de 10 spires par centimètre. Le fil conducteur est en cuivre de 0,2 mm de diamètre et de résistivité ρ = 1,6.10-8 W.m. La longueur du solénoïde est L = 40 cm et le rayon d’une spire est r = 5 cm. On réalise un circuit comportant un générateur, de f.é.m. E = 1,5 V et de résistance interne r = 0,5 W, et la bobine. L’axe de la bobine est orienté perpendiculairement au plan du méridien magnétique. Une petite aiguille aimantée horizontale placée au centre de la bobine dévie d’un angle α1 = 60° lorsque l’on ferme le circuit. 1) Quelle est la résistance R de la bobine ? 2) Calculer la valeur de la composante horizontale du champ magnétique terrestre B0. 3) Calculer la résistance Rx du conducteur à mettre en série avec la bobine pour ramener la déviation de l’aiguille à α2 = 45° ? 4) On comprime les spires de manière à obtenir une bobine plate. En supposant que l’aiguille aimantée est toujours au centre de la bobine, calculer sa nouvelle déviation α3. NB : Ce circuit ne comporte que le générateur et la bobine. TELECHARGER cliquer ici LAPLACE Exercice 1 On considère le montage ci-contre. La tige KM de masse m est homogène et de section constante. Elle est placée dans un champ magnétique uniforme de vecteur sur une longueur l et elle est parcourue par un courant d’intensité I. On admettra que la tige glisse sans frottement sur les rails. 1) De quel angle peut on incliner les rails AD et CE, et dans quel sens, pour que la tige soit en équilibre, dans les deux cas suivants : a. reste perpendiculaire au plan des rails. L’angle d’inclinaison est désigné par α1. b. reste vertical. L’angle d’inclinaison est désigné par α2. 2) On incline le plan des rails d’un angle β = 30° dans le sens défini à la question 1) a. est perpendiculaire au plan des rails. La tige est maintenue immobile. On ferme le circuit et on abandonne la tige à un moment choisi comme origine des dates. Quelle est la nature du mouvement de la tige MN ?Calculer son accélération et sa vitesse 0,5 s après la fermeture du circuit ? La résistance du circuit est suffisamment élevée pour qu’on puisse négliger les phénomènes d’induction. On donne : B = 0,50T ; I = 4A ; m = 20 g ; l = 6 cm ; g = 10 m.s-2. ECT...... TELECHARGER : cliquer ici EFFET PHOTO ELECTRIQUE Exercice 1 : Le seuil photoélectrique du Césium correspond à λ0 = 650.10-9m. 1- Dans quel domaine du spectre électromagnétique se situe cette longueur d’onde ? Calculer en joule et en électron-volt l’énergie minimale W0 qu’il faut fournir pour extraire un électron du Césium. 2- On éclaire une plaque de Césium avec deux rayonnements successifs de longueur d’onde λ1 = 450.10-9m et λ2 = 0,8μm. De ces deux rayonnements, quel est celui qui produit un effet photoélectrique ? Quelles sont les alors l’énergie cinétique et la vitesse maximale des électrons lorsqu’ils quittent le métal ? Données : h = 6 ,6.10-34J.s ; me= 9,1.10-31Kg ; e = 1,6.10-19C. Exercice 2 : L’énergie minimale nécessaire pour extraire un électron de la photo cathode émissived’unecellule photo électrique est W0 = 2,25eV. En déduire la longueur d’onde λ0 dans le vide correspondant au seuil photoélectrique. 2- Une source monochromatique S de longueur d’onde λ= 0,275 μm éclaire la cathode de cette cellule. Calculer l’énergie cinétique maximale d’un électron émis. Quelle serait sa vitesse d’éjection ? 3- S supposée ponctuelle, émet dans toutes les directions avec une puissance totale P = 0,1W. La cathode assimilable à une portion de sphère de rayon R = 2m, a une surface s = 1cm2. Déterminer la puissance P’ captée par la cathode et en déduire le nombre de photons N qu’elle a reçu au bout du temps t = 1s. TELECHARGER :cliquer ici Oscillations électriques FORCEES Exercice 1 Une bobine de résistance R, d’inductance L, est d’abord alimentée sous une tension continue U1 = 10 V ; l’intensité du courant est I1 = 0,5 A. Ensuite elle est alimentée sous une tension sinusoïdale de valeur efficace U = 12 V ; l’intensité du courant efficace est alors I = 0,06 A ; la fréquence du courant est N = 50 HZ. 1) déterminer la résistance, l’impédance et l’inductance de la bobine. 2) On monte, en série avec la bobine, un condensateur de capacité C = 10 μF ; le dipôle RLC, ainsi obtenu est soumis à la tension sinusoïdale précédente ? a. Déterminer l’impédance ZC du condensateur et l’impédance Z du dipôle RLC. b. Quelles sont l’intensité efficace I’ du courant et le déphasage φ de la tension instantanée u par rapport à l’intensité instantanée i’. TELECHARGER :cliquer ici REACTIONS NUCLEAIRES Exercice 1 : BAC S1 2005 Données : Masse des noyaux : - uranium 235 : m(U) = 235,120 u - xénon 140 m (Xe) = 138,955 u - strontium 94 : m (Sr) = 94,945 u Masse du neutron :mn = 1,008 u ; 1 u = 1,6605 10-27 kg Célérité de la lumière dans le vide : C = 3,00 108 m.s-1. INTERFERENCES LUMINEUSES TELECHARGER : cliquer ici NIVEAUX D'ENERGIE DANS L'ATOME D'HYDROGENE TELECHARGER : clique ici OSCIILATIONS ELECTRIQUES LIBBRES AMORTIES ET NON AMORTIES TELECHARGER: cliquer ici INDUCTION ET AUTO INDUCTION MAGNETIQUE TELECHARGER:cliquer ici |
Date de dernière mise à jour : 14/05/2024
