| MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE DIRECTION GENERALE DE L’ENSEIGNEMENT DIRECTION DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR Service du Baccalauréat | BACCALAUREAT DE L’ENSEIGNEMENT GENERAL SESSION 2022 |
| D | Série Option Code matière | : Scientifique : C : 011 | Epreuve de Durée Coefficient | : Sciences Physiques : 04 heures : 5 |
NB : – Les cinq (05) exercices et le problème sont obligatoires.
– Machine à calculer scientifique non programmable autorisée.
CHIMIE ORGANIQUE (03 points)
L’hydratation d’un alcène ramifié dont la densité de vapeur d = 2,413 donne deux alcools.
L’une est une molécule optiquement active et secondaire, l’autre est on oxydable par le procédé habituel.
- Ecrire les formules semi-développées de ces deux alcools. (1pt)
- On fait réagir le 3-méhtylbutan-2-ol B avec l’acide éthanoïque C pour donner un composé
E et de l’eau, E a pour masse volumique P = 870kg.m–3
- Ecrire l’équation-bilan de la réaction et nommer E. (0,75pt)
- Pour synthétiser E, on fait réagir pendant un certain temps, 53g de C et 33g de B. Après
purification, on recueille 37 cm3 de E.
Calculer le rendement de la réaction. (1,25pt)
On donne : M(H) = 1g.mol–1 , M(C) = 12g.mol–1, M(O) = 16g.mol–1
CHIMIE MINERALE (03 points)
On effectue différents mélanges d’acide méthanoïque de volume VA (cm3) et du méthanoate de sodium de volume VB (cm3) de même concentration molaire. On mesure le pH pour divers mélanges de ces deux solutions.
Les résultats obtenus sont confinés dans le tableau ci-dessous.
[H3O+][Na+], montrer que : [HCOO-]/[HCOOH] = VB/VA (1pt)2) Compléter le tableau par log[HCOO-]/[HCOOH] Et tracer la courbe de variation de pH = f [log[HCOO-]/[HCOOH]](1pt)
Echelle : * 1cm sur l’axe horizontal représente 0,05 unité de log
*1cm sur l’axe vertical représente 0,5 unité de pH
3) a- Montrer que pH = alog([HCOO-]/[HCOOH]) Où a et b sont des constantes à déterminer (0,5pt)
b- En déduire les valeurs de pKA et KA du couple HCOOH/HCOO– (0,5pt)
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PHYSIQUE NUCLEAIRE (02 points)
L’uranium 235 92 U est un isotope qui émet un rayonnement α
1) Montrer que le nombre N de noyau d’uranium 235, à l’instant t, peut s’écrire N = No.2-t/T (1pt)
2) Dans un réacteur nucléaire, l’une des réactions possibles est :
au cours de cette réaction. (0,5pt)
b) Calculer la puissance électrique moyenne fournie par un tel réacteur si le rendement est 40%
On donne (0,5pt)
m
= 235,0439u m (94Sr) = 93,915u m (140Xe)= 139,9252um (1n)= 1,0086u 1u=931,5MeV.C–2 1an = 365jours ; N=6,021023mol–1
OPTIQUE GEOMETRIQUE (02 points)
Une lentille convergente L1 donne d’un objet réel AB placé perpendiculairement à l’axe optique, une image renversée A’B’, 2 fois plus grande que l’objet AB.
La distance
= 54 cm. O1 étant le centre optique de L1.1) Déterminer la position de la lentille L1 par rapport à l’objet AB. (1pt)
2) Déterminer sa distance focale f’1. (0,5pt)
3) On accole à L1 une lentille L2 de distance focale f’2 = – 6 cm
Déterminer la vergence du système accolé. (0,5pt)
ELECTROMAGNETISME (04 points)
Les parties A et B sont indépendantes.
Partie A (02 points)
On se propose de séparer les noyaux isotopes de l’Hélium 3He2+ et 4He2+ de masses respectives m1 et m2.
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Ces deux particules chargées sont accélérées entre 2 plaques parallèles (P1) et (P2) par une tension
UP1P2 = VP1 – VP2 = 4.104V. Leurs vitesses initiales sont nulles.
1) Donner la direction et le sens du champ électrique E→ entre les deux plaques ? (0,5pt)
2) Les deux particules entrent avec les vitesses respectivement V1→ et V2→ et dans une région où règne un champ magnétique uniforme B→ perpendiculaire à V1→ et V2→. Déterminer la distance d entre les points d’impact M et N de ces deux particules sur la plaque fluorescente (P) sachant que B = 0,95T. (1,5pt)
Partie B (02 points)
On place, en série, une résistance R = 45Ω, une bobine de résistance négligeable et d’inductance
L= 100mH et un condensateur de capacité = 10µF.
On applique aux bornes de ce circuit une tension sinusoïdale u(t) = U√2sin(2πNt) (en V), de valeur
efficace U = 10V et de fréquence N variable.
Pour N = 100Hz, écrire l’expression de l’intensité i(t) dans ce circuit. (1pt)
Montrer que
Où Q est le facteur de qualité de circuit ; N0 la fréquence à la résonance ; I0 l’intensité efficace à la résonance.
PROBLEME DE MECANIQUE (06 points)
Les parties A et B sont indépendantes. On prendra g= 10m.s–2.
Partie A (03 points)
Une solide (S) de masse m = 10g de dimensions négligeables peut glisser dans une gouttière ADB dont le plan de symétrie est vertical et qui est formé d’une partie rectiligne inclinée AD et d’une partie circulaire DB de rayon r = 70cm. On donne :
- (S) est lancé en A avec une vitesse VA→. Calculer sa valeur s’il arrive en D avec une vitesse VD = 4m.s–1
- Déterminer l’intensité de la réaction du support au point K. (1pt)
- En réalité, la partie circulaire DB exerce une force de frottement f→ (1pt)
Calculer l’intensité f→ de sachant que (S) arrive en B avec une vitesse nulle. (1pt)
On considère un système constitué :
– D’un disque homogène de centre C, de masse M et de rayon r.
– D’une tige BD de masse négligeable et de longueur 1 = 4r.
– De deux masses ponctuelle placées en A et B de masse respectives mA = M/3 et mB = 2mA
Le système (S) : {disque + tiges + masse A + masse B} est maintenu en équilibre par un ressort horizontal à spires non jointives de raideur k fixé en un point E de la tige et pouvant tourner autour d’un axe fixe (Δ)
Passant par O. (voir figure 2).
On donne : OA = BE = r/2 et DA = r
Soit G le centre d’inertie du système (S) et JΔ son moment d’inertie par rapport à l’axe (Δ)
A partir de sa position d’équilibre, on écarte le système (S) d’un angle ɵ0 = 0, 1rad puis on l’abandonne sans vitesse initiale. Le ressort reste pratiquement horizontal pendant le mouvement.
1) Etablir l’équation différentielle régissant le mouvement de (S) en utilisant la conservation de l’énergie mécanique, en fonction de M, JΔ, OG, g k, r ɵ et ɵ (1pt)
On prend comme origine des altitudes et origine de l’énergie potentielle de pesanteur, la position de G à l’équilibre et l’énergie potentille élastique est nulle lorsque le ressort est détendu.
Pour ɵ faible, sin ɵ ≈ et ɵ et cos ≈ 1-ɵ2/2
2) Exprimer OG en fonction de r puis JΔ en fonction de M et r (1pt)
3) Donner l’expression littérale de la fréquence. (1pt)
