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Examens nationaux

Baccalauréat · Série D · Physique-Chimie — 2015

BAC D — Physique-Chimie — Sujet type n° 10

  • Série D
  • ⏱ 4 h
  • Coefficient 5
  • Niveau difficile
  • 16 questions

Consignes

  • Le candidat traitera les quatre exercices.
  • Toute application numérique doit être précédée de l'expression littérale.
  • Les unités et les chiffres significatifs sont pris en compte.

Exercice 1 — Chimie : dosage d'un acide faible

On dose un volume VA=20 mLV_{A} = 20\ \mathrm{mL} d'une solution d'acide éthanoïque \ceCH3COOH\ce{CH3COOH}, de concentration CAC_{A} inconnue, par une solution d'hydroxyde de sodium de concentration CB=0,10 mol/LC_{B} = 0{,}10\ \mathrm{mol/L}. L'équivalence est obtenue pour un volume versé VBE=15 mLV_{BE} = 15\ \mathrm{mL}.

1.
Écrire l'équation de la réaction de dosage.
1 pt
2.
Calculer la concentration CAC_{A} de la solution acide.
1,5 pts
3.
Le pH\mathrm{pH} à l'équivalence vaut 8,48{,}4. Justifier que ce pH\mathrm{pH} soit basique alors qu'on dose un acide.
1,5 pts
4.
À la demi-équivalence, on mesure pH=4,8\mathrm{pH} = 4{,}8. Que représente cette valeur pour le couple \ceCH3COOH/\ceCH3COO−\ce{CH3COOH}/\ce{CH3COO-} ? Justifier.
1 pt

Exercice 2 — Mécanique : satellite en orbite circulaire

Un satellite de télécommunications de masse m=800 kgm = 800\ \mathrm{kg} décrit une orbite circulaire autour de la Terre, à l'altitude h=36 000 kmh = 36\,000\ \mathrm{km}.

Données

Constante de gravitation G=6,67×10−11 S.I.G = 6{,}67 \times 10^{-11}\ \mathrm{S.I.} ; masse de la Terre MT=5,98×1024 kgM_{T} = 5{,}98 \times 10^{24}\ \mathrm{kg} ; rayon de la Terre RT=6 400 kmR_{T} = 6\,400\ \mathrm{km}.

1.
Établir l'expression de la vitesse vv du satellite en fonction de GG, MTM_{T} et du rayon rr de l'orbite. Montrer qu'elle ne dépend pas de la masse du satellite.
1,5 pts
2.
Calculer la valeur de vv.
1,5 pts
3.
Calculer la période de révolution TT du satellite, en heures.
1,5 pts
4.
En déduire pourquoi un tel satellite est dit géostationnaire.
0,5 pt

Exercice 3 — Électromagnétisme : force de Laplace

Une tige conductrice MNMN, de longueur L=20 cmL = 20\ \mathrm{cm} et de masse m=20 gm = 20\ \mathrm{g}, repose sans frottement sur deux rails horizontaux parallèles. L'ensemble est placé dans un champ magnétique uniforme vertical de valeur B=0,5 TB = 0{,}5\ \mathrm{T}. On fait circuler dans la tige un courant d'intensité I=2 AI = 2\ \mathrm{A}.

MNrailsFIB (sortant)
1.
Donner les caractéristiques de la force de Laplace qui s'exerce sur la tige (direction, sens, intensité).
1,5 pts
2.
Calculer l'intensité de cette force.
1,5 pts
3.
Calculer l'accélération prise par la tige.
1 pt
4.
La tige partant du repos, calculer la distance parcourue au bout de 0,5 s0{,}5\ \mathrm{s}.
1 pt

Exercice 4 — Effet photoélectrique

On éclaire une cellule photoélectrique dont la cathode est recouverte de césium, de travail d'extraction W0=1,9 eVW_{0} = 1{,}9\ \mathrm{eV}, par une lumière monochromatique de longueur d'onde λ=500 nm\lambda = 500\ \mathrm{nm}.

Données

Constante de Planck h=6,63×10−34 J⋅sh = 6{,}63 \times 10^{-34}\ \mathrm{J\cdot s} ; célérité de la lumière c=3×108 m/sc = 3 \times 10^{8}\ \mathrm{m/s} ; 1 eV=1,6×10−19 J1\ \mathrm{eV} = 1{,}6 \times 10^{-19}\ \mathrm{J}.

1.
Calculer l'énergie du photon incident, en joules puis en électronvolts.
1,5 pts
2.
L'effet photoélectrique se produit-il ? Justifier.
1 pt
3.
Calculer l'énergie cinétique maximale des électrons émis, en eV.
1,5 pts
4.
Calculer la longueur d'onde seuil λ0\lambda_{0} du césium.
1 pt

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