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Examens nationaux

Baccalauréat · Série D · Physique-Chimie — 2017

BAC D — Physique-Chimie — Sujet type n° 8

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

Consignes

  • Le candidat traitera les quatre exercices.
  • Données : g=9,8 m⋅s−2g = 9{,}8\ \mathrm{m\cdot s^{-2}} ; e=1,6×10−19 Ce = 1{,}6 \times 10^{-19}\ \mathrm{C} ; c=3×108 m⋅s−1c = 3 \times 10^{8}\ \mathrm{m\cdot s^{-1}} ; 1 u=931,5 MeV/c21\ \mathrm{u} = 931{,}5\ \mathrm{MeV/c^2}.
  • Toute formule doit être écrite littéralement avant l'application numérique.

Exercice 1 — Chimie : dosage acide-base

On dose VA=20,0 mLV_A = 20{,}0\ \mathrm{mL} d'une solution d'acide chlorhydrique de concentration inconnue CAC_A par une solution d'hydroxyde de sodium de concentration CB=0,10 mol⋅L−1C_B = 0{,}10\ \mathrm{mol\cdot L^{-1}}. L'équivalence est obtenue pour VBE=16,0 mLV_{BE} = 16{,}0\ \mathrm{mL}.

1.
Écrire l'équation de la réaction de dosage et définir l'équivalence.
1,5 pts
2.
Calculer la concentration CAC_A de la solution acide.
1,5 pts
3.
Calculer le pH de la solution acide initiale, puis le pH à l'équivalence. Justifier.
2 pts

Exercice 2 — Mécanique : chute libre et énergie

Une bille d'acier de masse m=100 gm = 100\ \mathrm{g} est lâchée sans vitesse initiale du haut d'un immeuble de hauteur h=45 mh = 45\ \mathrm{m}. On néglige la résistance de l'air.

1.
Calculer la durée de la chute.
1,5 pts
2.
Calculer la vitesse d'arrivée au sol par deux méthodes différentes.
2 pts
3.
Calculer l'énergie mécanique de la bille au départ et à l'arrivée. Que constate-t-on ?
1,5 pts

Exercice 3 — Électricité : condensateur et circuit RC

Un condensateur de capacité C=470 μFC = 470\ \mu\mathrm{F}, initialement déchargé, est chargé à travers une résistance R=2,2 kΩR = 2{,}2\ \mathrm{k}\Omega par un générateur de tension continue E=12 VE = 12\ \mathrm{V}.

1.
Calculer la constante de temps du circuit et indiquer sa signification physique.
1,5 pts
2.
Au bout de combien de temps peut-on considérer le condensateur comme complètement chargé ? Quelle est alors la charge accumulée ?
2 pts
3.
Calculer l'énergie emmagasinée par le condensateur chargé.
1,5 pts

Exercice 4 — Physique nucléaire : énergie de liaison

On considère le noyau d'hélium \ce24He\ce{^{4}_{2}He}. On donne : masse du proton mp=1,00728 um_p = 1{,}00728\ \mathrm{u}, masse du neutron mn=1,00867 um_n = 1{,}00867\ \mathrm{u}, masse du noyau d'hélium mHe=4,00150 um_{He} = 4{,}00150\ \mathrm{u}.

1.
Donner la composition du noyau d'hélium et calculer son défaut de masse.
2 pts
2.
Calculer l'énergie de liaison de ce noyau en MeV.
1,5 pts
3.
Calculer l'énergie de liaison par nucléon et expliquer pourquoi cette grandeur est plus significative que l'énergie de liaison totale.
1,5 pts

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