1 exercice I : une mission sur mars (7,5 points)








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Nom PRENOM :

DEVOIR DE PHYSIQUE- CHIMIE Seconde

Vendredi 17 février 2012

Co

1

1

½

½

1

1

½

1,5

½

½

½

1

½


Ca

1

1

1

1,5

1

1/2

1

1,5

1.5

½

1

1

1

1

1

1

½

1

½


Ra

1/2

1


EXERCICE I : UNE MISSION SUR MARS (7,5 points)

Mars a-t-elle été habitée par le passé ? Pour répondre à cette question la NASA a lancé le 26 novembre 2011 le robot Curiosity à bord de la fusée Atlas V-541. Curiosity devrait arriver à destination en août 2012 (après environ huit mois et demi de voyage) et se poser à l’intérieur du cratère Gale pour une mission de deux ans. Pendant les trois dernières minutes avant son atterrissage, Curiosity utilisera un parachute. Cinq cents mètres avant le contact avec le sol, des rétrofusées entreront en action puis le robot sera déposé sur la surface de Mars au bout d'un câble (comme une charge suspendue à une grue de chantier).

Données :

  • masse de Mars : M = 6,42 x 1023 kg ;

  • masse du robot Curiosity : m = 899 kg ;

  • rayon de Mars : R = 3,40 x 106 m ;

  • constante de gravitation universelle : G = 6,67 x 10-11 S.I. ;

  • intensité de la pesanteur sur Terre : g = 9,8 N.kg-1.




  1. En utilisant les notations de l’énoncé, donner l’expression littérale de la valeur F de la force d’interaction gravitationnelle exercée par la planète Mars sur le robot Curiosity lorsque celui-ci se trouve à une distance h = 500 m du sol martien. Calculer F.



  1. Quelle est la valeur F’ de la force d’interaction gravitationnelle exercée par le robot Curiosity sur la planète Mars lorsque celui-ci se trouve à une distance h = 500 m du sol martien ?



  1. Représenter sur le schéma ci-dessous les forces d’interaction gravitationnelle et s’exerçant entre la planète Mars et le robot Curiosity.

Echelle de représentation : 1cm représente 2000 N



  1. On considère maintenant que le robot Curiosity se trouve sur le cratère Gale à la surface de Mars.

    1. Soit gM l’intensité de la pesanteur à la surface de Mars. Quelle est l’expression littérale du poids PM de Curiosity en fonction de m et gM. Indiquer les unités de Pm, m et gM



    1. Quelle est l’expression littérale de la valeur FM de la force d’interaction gravitationnelleexercée par Mars sur Curiosity en fonction de G, m, M et R ?



    1. On peut considérer, en première approximation, que le poids d’un objet sur Mars est la force d’attraction gravitationnelle exercée par Mars sur cet objet. Montrer que :




    1. Calculer gM.



    1. Calculer le poids PM de Curiosity sur Mars. Calculer le poids PT de Curiosity sur Terre. Comparer PM et PT.


EXERCICE II : A LA RECHERCHE DU SOLVANT PERDU ( 5,5 points)

Sur sa paillasse, un chimiste trouve un flacon (contenant un solvant) sur lequel figure l'étiquette manuscrite ci-contre:

eau toluène cyclohexane éthanol ;;

Afin de connaître ce solvant, il verse quelques millilitres du solvant dans un bécher. Il utilise un LASER émetteur d'une lumière monochromatique.

Il pointe le rayon lumineux du LASER en direction de la surface du solvant. Le rayon émis par le LASER fait un angle de 23,0° avec la surface de séparation air-liquide. Après mesure, il obtient la valeur de l'angle r entre la normale et le rayon réfracté de 40,1°.

Indice de réfraction

1,00

1,33

1,36

1,43

1,50

Composé

Air

Eau

Ethanol

Cyclohexane

Toluène



  1. Qu'appelle-t-on lumière monochromatique ?



  1. Quelle grandeur physique caractérise une lumière monochromatique ? Préciser son unité.



  1. Faire un schéma légendé de la situation décrite dans l’énoncé. Placer l'angle r.



  1. Quelle est la valeur de l'angle d'incidence i ? Le placer sur le schéma.



  1. Rappeler la formule de la deuxième loi de Descartes sur la réfraction en l'appliquant à cet exercice.



  1. Calculer la valeur de l'indice de réfraction du liquide.



  1. Conclure quant à la nature du liquide. Justifier.

EXERCICE III : L’ATOME DE FLUOR( 10,5 points)

On considère l’atome de fluor .

Données : mneutron ≈ mproton ; mproton = 1,67.10-27 kg ; e = 1,6.10-19 C ; melectron = 9,11.10-31 kg.

  1. Déterminer le nombre de protons, de neutrons et de nucléons contenus dans le noyau de l’atome de fluor. Expliquer.



  1. a) Déterminer la charge totale du noyau de l’atome de fluor.

b) Déterminer la masse du noyau de l’atome de fluor. Que peut-on dire de la masse de l'atome de fluor comparée à celle de son noyau ?


  1. a- Combien l’atome de fluor possède-t-il d’électrons ? Justifier.

b- Donner la structure électronique de l’atome de fluor.

c- Combien possède-t-il d’électrons sur sa couche externe ?

d- Où est situé l’élément fluor dans la classification périodique (colonne et période) ? Justifier.

e- Quel ion pourra être formé à partir de l’atome de fluor ? Justifier.

4) L’élément situé juste en dessous de l’élément fluor dans la classification périodique est le chlore.

  1. Donner la structure électronique de l’atome de chlore. Justifier.



  1. En déduire le nombre de protons et d’électrons de cet atome.



  1. Comment appelle-t-on la famille contenant les éléments fluor et chlore ?

EXERCICE IV : ETUDE DE SPECTRES (6,5 points)

  1. Du spectre au montage

Le spectre a a des raies noires sur un fond coloré.

Le spectre b a des raies colorées sur un fond noir.



b

a


  1. Quel est le rôle du réseau représenté sur les schémas ci-dessous ?



  1. Par quoi peut-on remplacer le réseau ?



  1. Associer à chaque spectre le montage correspondant.


  1. Spectre d’un gaz


Une ampoule contient un gaz inconnu. Pour déterminer sa nature, on l’excite avec une décharge électrique. Le spectre de la lumière qu’il émet est donné ci-dessous (spectre en noir et blanc).



1) Parmi les propositions suivantes, indiquer celle qui s’applique au spectre du gaz inconnu ?

spectre continu d’émission ; spectre de raies d’émission ; spectre de raies d’absorption ; spectre de bandes

d’absorption

2) On donne ci-dessous les principales valeurs de  (nm) des raies de trois gaz connus. Le gaz contenu dans l’ampoule est

l’un de ces trois gaz. Lequel ? Justifier votre réponse.

Xénon

418

433

446

508

529

534

Hélium

447

471

492

501

587

668

Néon

439

443

585

597

668

680



  1. Spectre de la flamme d’un bec Bunsen

Le spectre de la lumière émise par la flamme d’un bec Bunsen (brûleur) est projeté sur un écran. Un échantillon de

chlorure de sodium est introduit dans la flamme.

  1. Le spectre obtenu est-il un spectre d’émission ou un spectre d’absorption ?





  1. La flamme est orange et le spectre contient une raie avec λ = 590 nm. La même raie est

observée en introduisant du bromure de sodium. Quel élément chimique cette raie

caractérise-t-elle ? Justifier.



3) On constate que la flamme d’un appareil de cuisson au gaz devient orange lorsqu’une

casserole d’eau salée déborde. Pourquoi ?










Co

Ca

Ra





0,5

0,5

0,5

1,5




Exercice Bonus : (3 pts)

La Voie Lactée est une galaxie spirale. Le système solaire est en périphérie de celle-ci dans un de ses bras à une distance DS = 28000 a.l. du centre galactique. Le Soleil met 226 millions d´années pour faire le tour du centre de la galaxie et revenir à sa position initiale.



  1. Par rapport à quel référentiel le mouvement du Soleil est-il décrit dans l’énoncé ? Dessiner à main levée, ci-dessous, la trajectoire du Soleil dans ce référentiel. De quelle type de trajectoire s´agit-il ?



  1. Rappeler la définition d’une année de lumière (a.l.). Convertir une année de lumière en kilomètre (km).

  2. Quelle est la distance parcourue par le soleil en 226 Millions d’années dans le référentiel d’étude? Vous exprimerez cette distance d’abord en a.l. puis en km.

  3. Calculer la valeur de la vitesse de déplacement du Soleil dans le référentiel d’étude en m. s-1 puis en km.h-1

Donnée calculatoire :

  • périmètre d’un cercleP = 2 R (avec R = rayon du cercle)

  • célérité de la lumière dans le vide : c = 3,00 x 108 m.s-1

  • 1 année = 31 557 600 s = 8766 heures

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