Sujet de Sciences Physiques – Série D – 2021

MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE ………………. SECRETARIAT GENERAL ……………….. DIRECTION GENERALE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ………………… DIRECTION DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ………………… Service d’Appui au Baccalauréat

BACCALAUREAT DE L’ENSEIGNEMENT GENERAL SESSION     2021

D

Série   Option Code matière

: Scientifique : D : 011

Epreuve de  Durée  Coefficient

: SCIENCES PHYSIQUES : 3 heures 15 minutes : 4

N.B : – Machine à calculer non programmable autorisée.

– Les cinq exercices et le problème sont obligatoires.

CHIMIE ORGANIQUE (3 points)

1. L’hydratation d’un alcène linéaire A de masse molaire M(A) = 56g.mol^–1 donne deux produits B et C dont B est le produit Majoritaire

Quelle est la formule brute et la formule semi-développée de A. Nommer les produits B et C.       (1,25 pt)

• L’oxydation ménagée du butan-1-ol avec une solution de permanganate de potassium (K+ ;MnO^–₄)

en milieu acide, donne un produit D qui ne réagit pas avec le 2,4– DNPH.

Ecrire l’équation bilan de la réaction d’oxydo-réduction après avoir identifié le composé D.                      (1 pt)

• On fait réagir l’acide éthanoïque avec le butan-2-ol.

Ecrire l’équation bilan de la réaction puis donner le nom du produit obtenu.                                   (0,75 pt)

On donne :      M(H) = 1g.mol^-1 ; M(C) = 121g.mol^-1 ; M(O) 161g.mol^-1 

E⁰ (MnO^–₄/Mn²⁺) E⁰ (D/C₄H₁₀O)

CHIMIE GENERALE (3 points)

A 20­­° C, une solution d’acide méthanoïque a un pH = 2,4. Le pK_A du couple (HACOOH/HCOO^–) est égal à 3,8

1. Calculer les concentrations molaires des différentes espèces chimiques présentes autres que l’eau.            (1 pt)
2. On ajoute un volume V_B d’une solution d’hydroxyde de sodium de concentration molaire C_B = 0,1mol.L^–1

dans un volume V_A= 10 cm³ d’une solution d’acide méthanoïque de concentration molaire C_A = 0,1 mol.L^–1.

1. Ecrire l’équation bilan de la réaction qui se produit.                                                             (0,5 pt)
2. Calculer le volume V_B de la solution d’hydroxyde de sodium qu’il faut ajouter pour que le pH du mélange soit égal au pK_A du couple (HCOOH/HCOO^–)                                                                               (1 pt)
3. Donner la nature et la caractéristique de cette solution.                                                                    (0,5 pt)

OPTIQUE GEOMETRIQUE (2 points)

Une lentille mince L₁ de centre optique O a pour distance focale f’₁ = 4 cm

1. Calculer la vergence C₁ de la lentille L₁.                                                                                     (0,25 pt)
2. Déterminer par calcul les caractéristiques (nature, position, sens et grandeur) de l’image A’B’ d’un

objet AB de hauteur 1cm placé à 8 cm devant L₁.                                                                                  (1 pt)

• On accole la lentille L₁ à une autre lentille mince L₂ de distance focale f’₂

Le système accolé obtenu a pour vergence C = 5.

Déterminer la distance focale f’₂ de la lentille L2 et en déduire sa nature.                                        (0,75 pt)

PHYSIQUE NUCLEAIRE (2 points)

Le Bismuth 83^210Bi Est radioactif  De période T = 10 jours

1. Ecrire l’équation traduisant cette désintégration et préciser les lois utilisées.                                    (0,5 pt)
2. Un échantillon contient une masse m₀ = 8 mg de bismuth à la date – = 0
3. Déterminer la masse m₁ de l’échantillon restant à la date t₁ = 30 jours.                          (0,5 pt)
4. Au bout de combien de temps exprimé en jours, 90 % de ces noyaux seront désintégrés ?       (1 pt)

On donne : Masse molaire atomique du bismuth : M(Bi) = 210g.mol^–1

ln2 = 0,70

ln10 = 2,30

Extrait du tableau de classification périodique

 ELECTROMAGNETISME (4 points)

Les parties A et B sont indépendantes.

 PARTIE A (2 points)

Un électron de masse m = 9,1.10^-31 kg et de charge q = -e = – 1,6.10^-19 C est accéléré deux plaque A et B

Il part de l’électrode A en O1 sans vitesse initiale et passe en O0 avec une vitesse V_o→ 

d’intensité V₀ = 1,5.106m.s^-1. Il entre ensuite dans la région où règne un champ magnétique B→ d’intensité B= 0,2 T avec la vitesse V_o→  précédente. (Voir figure 1). Le poids de l’électron est négligeable devant les autres forces.

1. Donner la direction et le sens du vecteur champ électrique E→ , puis calculer son intensité si la

distance entre les deux plaques est égale à 10 cm.                                                                (0,75 pt)

• a. Reproduire le schéma et représenter la force de Lorentz F→  et le sens du champ magnétique

 pour que l’électron sorte en C.                                                                                          (0,5 pt)

• Le mouvement de l’électron dans le champ magnétique B est circulaire uniforme.

Montrer que le rayon de sa trajectoire est R = mV_o/eB                                                      (0,75 pt)

PARTIE B (2 points)

Un dipôle AB comprend en série un conducteur ohmique de résistance R = 200 Ω, une bobine de résistance interne négligeable, d’inductance L = 0,5 H et un condensateur de capacité C = 0,5 µF. On applique aux bornes de ce dipôle une tension sinusoïdale de valeur efficace U = 50V, de fréquence N variable.

1. Faire le schéma de ce circuit en précisant les sens du courant d’intensité instantanée i(t) et de la tension instantanée u(t) aux bornes du dipôle AB.                                                                            (0,5 pt)
2. Pour une valeur N₀ de la fréquence à la résonance d’intensité, déterminer :
3. L’impédance Z de ce circuit e l’intensité efficace I₀.                                                      (0,5 pt)
4. Les valeurs des tensions efficaces U_R, U_L et U_C aux bornes de chaque composant.                  (1 pt)

PROBLEME DE MECANIQUE (6 points)

Les deux parties A et B sont indépendantes

On prend g = 10m.s^-1 et tous les frottements sont négligeables.

PARTIE A (3 points)

Une solide (S) de masse m = 50 g, de dimension négligeable, peut glisser sur une piste ABCD située dans un plan vertical :

• AB est la plus grande pente d’un plan incliné formant un angle ∝ = 30° par rapport à l’horizontale, de longueur AB = 1,6 m.
• BCD est une portion de cercle de centre I et de rayon r = 0,9 m. C est situé sur la verticale passant par I.

Le solide (S) part du point A sans vitesse initiale.

1. Déterminer la vitesse du solide (S) en B puis en D.                                                              (1 pt)
2. Calculer l’intensité de la réaction exercée par la piste sur (S) en D.                                              (1 pt)
3. On néglige la résistance de l’air et on prend V_D→ = 3m.s^-1

A partir du point D, le solide (S) tombe dans le vide avec une vitesse V_D→ . Le point C est situé à la hauteur h= 1,55 m par rapport au sol horizontal. (Voir figure 2)

Etablir l’équation cartésienne de la trajectoire du mouvement de (S) à partir du point D dans le repère (xOy).                                                                                                                        (1 pt)

PARTIE B (3 points)

Un système (S) est constitué par un cerceau de centre O, de masse M et le rayon r et d’une tige homogène de masse m=, de longueur 1 = 2r, soudée diamétralement à l’intérieur du cerceau. Le système est suspendu en O par l’intermédiaire d’un fil de torsion de constante de torsion C = 1,75N.m.rad^–1. (Voir figure 3)

1. Vérifier que le moment d’inertie du système {Cerceau + tige} par rapport à l’axe (Δ) Passant par O

est   J_Δ= 7/6Mr²                                                                                                                 (1 pt)

• On écarte le système {cerceau + tige} d’un angle petit Ɵ0 = 0,1= 0,1 rad par rapport à la position d’équilibre et on l’abandonne sans vitesse initiale à l’instant t = 0s.
• Etablir l’équation différentielle du mouvement de ce système (S).                                             (1 pt)
• Ecrire l’équation horaire du mouvement.                                                                                   (1 pt)

On donne : M = 300g ; r = 5 cm