4e ds2-2012-2013

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Devoir de synthèse du 2 eme trimestre destinés aux élèves de Terminales de la section sciences expérimentales

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4e ds2-2012-2013

  1. 1. LYCEE PILOTE BOURGUIBA Le : 09 -Mars-2013 -Tunis- Sciences Physiques Durée : 3 heures Devoir de synthèse Classes : 4éSc.exp1 2éme Trimestre Ref :4e-DS2-2012-2013 FERCHIOUCHIMIE (9 points)Exercice 1 (4 points) pH des solutions aqueusesDeux solutions acides S1 et S2 obtenues respectivement par dissociation d’acide A1H et A2H dans l’eau, ontmême concentration initiale C=10-2 mol.L-1.On mesure le pH des solutions S1 et S2 on trouverespectivement pH1 = 2 et pH2= 2,9.1) Montrer que l’un des acide est fort et l’autre est faible.2) Ecrire les équations des acides A1H et A2H avec l’eau.3) Déterminer la valeur du taux d’avancement final f de la réaction de l’acide faible avec l’eau. Conclure.4) Etablir l’expression de la constante d’acidité Ka de l’acide faible en fonction de pH et C.5) Vérifier par le calcul que la constante pKa du couple est égale à pKa=3,74.6) Soient V1 et V2 les volumes d’eau à ajouter à un même volume V=10-2L respectivement de S1 et de S2 pour obtenir deux solutions S’1 et S’2 de même pH=3,4. Déterminer V1,V2.Exercice 2 ( 5 points) Dosage dune solution dacide chlorhydrique concentrée.On dispose dun flacon dune solution dacide chlorhydrique concentrée où est notée sur létiquettelindication suivante : 33% minimum en masse dacide chlorhydrique .On appellera cette solution S0.On veut connaître la concentration molaire c0 de cette solution.Première étape :On dilue 1000 fois la solution S0. On obtient alors une solution S1 de concentration C1.Deuxième étape :On prélève un volume V1=100 mL de solution S1 que l’on dose par une solution titrante dhydroxyde desodium de concentration CB= 10-1 mol.L-1. Le volume versé pour atteindre l’équivalence est Veq =11,25mL.1) Écrire léquation bilan de la réaction de dosage.2) Définir l’équivalence puis en déduire la relation existant entre C1, CB, VEq et V1.3) Calculer la concentration molaire C1 de la solution dacide chlorhydrique diluée S1.En déduire la concentration molaire C0 de la solution dacide chlorhydrique concentrée S0.4) Calculer la masse m0 dacide chlorhydrique HCl dissous dans un litre de solution. On donne la masse molaire de lacide chlorhydrique M(HCl) = 36,5 g.mol-1.5) La solution S0 a une masse volumique 0 = 1160 g.L-1.Le pourcentage massique de la solution S0 représente la masse dacide chlorhydrique dissous dans 100 g de solution. Calculer le pourcentage massique de la solution S0. Lindication de létiquette du flacon de solution dacide chlorhydrique concentrée est-elle correcte ? Page 1 sur 3
  2. 2. Physique (11 points)Exercice 1 (5,5points) Oscillations mécaniques forcéesUn solide S de masse m = 200g constitué par un petit aimant est attachée à un ressort de massenégligeable, de coefficient de raideur k=40N.m-1.L’ensemble est placé sur un plan horizontal. Pour imposerà ce système un mouvement permanent on utilise une bobine parcourue par un courant alternatifsinusoïdal de pulsation e réglable. On admettra que l’électro-aimant exerce une force sinusoïdale de laforme F=Fmax.sin (et+e). 1) Soit x(t)=xmaxsin(et+ x) ,l’abscisse du centre d’inertie G du système dans le repère (O, i ) ( O étant la d2x position de G à l équilibre. Donner l’expression de l’équation différentielle vérifiée par x(t), et 2 . dt2) Montrer que la force excitatrice et l’abscisse x de G sont en phase si e<0 (0 étant la pulsation propre) et qu’elles sont en opposition phase si e>0.3) En déduire l’expression de xmax en fonction de Fmax , e, k et m. Que se passe-t-il si e=0 ?   4) Un dispositif d’amortissement exerce maintenant sur l’oscillateur une force de frottement f=-h.v ; v étant la vitesse du système S. On donne sur la figure -1- les x(t) et F(t) courbes de variation de x(t) et Figure-1- F(t) pour e=5rad.s-1. a a) Identifier les courbes x(t) et F(t). b Échelle : b) En déduire les expressions 1div : 0,1 N instantanées de x(t)et F(t). 1div : 2 cm c) Déterminer la valeur de h.5) 0 a) Donner l’expression de t l’amplitude xmax en fonction de Fmax, e, h, m et k. b) Montrer que xmax est maximale pour une valeur particulière R que l’on exprimera en fonction de 0, h et m. De quel phénomène s’agit-il ? c) L’amplitude xmax prend une valeur particulière notée xm,R pour e = R. Montrer que xm,R s’écrit sous Fmax la forme : x m,R = . Calculer xm,R. 2 h2 h ω0 - 4m2  TR,max6) Afin de connaitre l’acuité du phénomène, on définit le rapport Q   .Calculer Q pour : Fmax  e=R.  e=0. Conclure.7) Calculer la puissance moyenne fournie par l’excitateur pour e=R. Page 2 sur 3
  3. 3. Exercice 2 (3points) Ondes progressivesUne corde élastique horizontale de longueur AB=L=1m est liée à son extrémité A à une lame vibranteanimée d’un mouvement rectiligne sinusoïdal de fréquence N=50Hz et d’amplitude a= 2 mm, d’équationyA(t)=a.sin (t+).Un dispositif expérimental empêche toute réflexion au point B. On suppose que lemouvement de la lame débute à l’origine des dates t=0s.1) Déterminer l’expression de l’élongation yM(x,t) d’un point M situé à AM=x en fonction de a,T,t ,x et . Avec  la longueur d’onde. Figure-3- Y(en mm) Courbe -a-2) On donne sur la figure-3- les courbes a et b représentant le mouvement d’un point M1 et celle 2 de l’aspect de la corde à une date t1.Sachant que l’onde se propage à la célérité v=10ms-1. a) Identifier les courbes a et b. 0 b) Déterminer t1. c) Déterminer l’abscisse x1 du point M1.3) Déterminer l’équation horaire d’un point M2 Courbe -b- Y(en mm)  d’abscisse x 2 =3 .Comparer le mouvement de M1 4 2 et de M2. 04) Représenter l’aspect de la corde à la date t2=7.10-2s. Echelle : 1cm sur l’axe des abscisses correspond à 10cm. 1 cm sur l’axe des ordonnées correspond à 2 mm. Exercice 3(2,5 points)Document Amortissement du sismomètreUn sismomètre ne possédant pas de système damortissement nest en pratique pas utilisable pour bienrendre compte des différentes arrivées dondes sismiques. *…+ Un système damortissement efficacepermet donc à la masse darrêter rapidement dosciller dès la disparition du champ excitateur, afin derépondre le plus précisément possible à toutes les arrivées dondes.Un sismomètre sous-amorti nest donc pas utilisable pour effectuer une bonne mesure des mouvements dusol. En effet, la masse oscille trop longuement et le signal de sortie se retrouve plus complexe que le signaldorigine.Dans le cas dun appareil sur-amorti, cest le contraire : le mouvement de la masse est complètement lissépar lamortissement. Il est donc difficile dobtenir un relevé précis des vibrations du sol.Le choix du sismologue est donc de se rapprocher juste en-dessous de lamortissement critique pour queloscillation repasse par zéro. Comme la masse revient assez vite vers sa position déquilibre, elle est prêtepour réagir à larrivée du train donde suivant. D’après «musée – sismologie .unistra»Questions1) A quoi sert un sismomètre ?2) Quelle est la cause des oscillations d’un sismomètre ?3) Quelle est l’inconvénient des oscillations en régime pseudo périodique sur le résultat d’un sismomètre ?4) Un sismomètre fortement amorti peut t-il être efficace ?5) Quel régime d’oscillation peut être le mieux adapté aux résultats d’un sismographe ? Justifier. -Fin du sujet- Page 3 sur 3

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