Physique-Chimie Terminale Spécialité

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Préparation aux épreuves du Bac
1. Constitution et transformations de la matière
Ch. 1
Modélisation des transformations acide-base
Ch. 2
Analyse physique d'un système chimique
Ch. 3
Méthode de suivi d'un titrage
Ch. 4
Évolution temporelle d'une transformation chimique
Ch. 5
Évolution temporelle d'une transformation nucléaire
BAC
Thème 1
Ch. 6
Évolution spontanée d'un système chimique
Ch. 7
Équilibres acide-base
Ch. 8
Transformations chimiques forcées
Ch. 9
Structure et optimisation en chimie organique
Ch. 10
Stratégies de synthèse
BAC
Thème 1 bis
2. Mouvement et interactions
Ch. 11
Description d'un mouvement
Ch. 12
Mouvement dans un champ uniforme
Ch. 13
Mouvement dans un champ de gravitation
Ch. 14
Modélisation de l'écoulement d'un fluide
BAC
Thème 2
3. Conversions et transferts d'énergie
Ch. 15
Étude d’un système thermodynamique
Ch. 16
Bilans d'énergie thermique
BAC
Thème 3
4. Ondes et signaux
Ch. 17
Propagation des ondes
Ch. 18
Interférences et diffraction
Ch. 19
Lunette astronomique
Ch. 20
Effet photoélectrique et enjeux énergétiques
Ch. 21
Évolutions temporelles dans un circuit capacitif
BAC
Thème 4
Annexes
Ch. 22
Méthode
Chapitre 14
Exercices

Pour s'entraîner

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22
Couronne de Hiéron

Couronne de Hiéron

Couronne de Hiéron
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Crédits : lelivrescolaire.fr

Le roi Hiéron II de Syracuse n'est pas sûr de l'honnêteté de son joaillier. Il lui a donné deux mines (une unité antique dont la valeur exacte est aujourd'hui inconnue) d'or pour qu'il réalise une couronne, celui‑ci lui a bien fabriqué une couronne de deux mines, mais le roi a un doute. Le joaillier n'aurait‑il pas gardé de l'or pour lui qu'il aurait remplacé par de l'argent, moins cher ? Il demande de l'aide à Archimède. Celui‑ci mesure la masse de la couronne et trouve bien une masse correspondant à deux mines. Lorsqu'il plonge la couronne dans l'eau, il doit ajouter du côté de la couronne une masse pour avoir une balance à l'équilibre. Il fait de même pour un petit morceau d'or de masse et trouve .


1. Réaliser un bilan des forces sur la couronne.

2. Calculer la densité de la couronne.

3. Calculer la densité de l'or.

4. Rechercher la densité de l'argent sur Internet.


5. Conclure sur l'authenticité de la couronne.
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23
Rebond post-glaciaire

RAI/ANA : Construire un raisonnement

Sur Terre, certaines régions ont un sol qui remonte à une vitesse d'environ mm par an. Celles‑ci ont toutes pour point commun d'avoir été recouvertes par une calotte glaciaire durant la dernière glaciation. Cette calotte, d'épaisseur km et de densité , a depuis disparu. La croûte continentale a une épaisseur supposée homogène de km et une masse volumique g·cm-3 et flotte sur le manteau de masse volumique kg·m-3.

1. Calculer la hauteur de la croûte par rapport à la surface du manteau, en raisonnant sur une surface de km2.

2. En ajoutant une épaisseur de glace au sommet de la croûte continentale, calculer l'enfoncement de la croûte.
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24
Masse volumique du bois

RAI/ANA : Élaborer un protocole

Statue moai
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Crédits : Chris Howey/Shutterstock

On souhaite mesurer la masse volumique d'une statue en genévrier, un bois dont la masse volumique est d'environ kg·m-3.

1. Justifier que la méthode proposée dans l'exercice corrigé Densités des alliages métalliques ne permet pas de mesurer la densité d'objets moins dense que l'eau.


2. Proposer une méthode pour déterminer la masse volumique d'objets moins denses que l'eau.
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25
Vélocimètre Venturi

APP : Extraire l'information utile

Afin de mesurer la vitesse de l'air le long d'une conduite, un resserrement de section est couplé à un manomètre à mercure, comme indiqué sur le schéma.
Vélocimètre Venturi
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Crédits : lelivrescolaire.fr

1. À l'aide de la loi fondamentale de l'hydrostatique, relier , , et .

2. Exprimer en fonction de , , , et .

3. Calculer pour cm, en recherchant les données manquantes sur Internet.

Détails du barème
TOTAL / 5 pts

1 pt
1. Donner la loi fondamentale de l'hydrostatique.
1 pt
1. Calculer .
0,5 pt
2. Utiliser la conservation du débit volumique.
1 pt
2. Écrire la formule de Bernoulli.
1 pt
2. Calculer .
0,5 pt
3. Effectuer l'application numérique.
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26
Torrents et fleuves

VAL : Analyser des résultats

fleuve
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Crédits : Efimova Anna/Shutterstock

Soit une rivière de largeur uniforme et de hauteur . La vitesse est et ne dépend que de . On note et la vitesse et la hauteur à l'abscisse m. La pression à la surface vaut partout .

1. Écrire la loi de conservation du débit volumique et relier en tout point , , et .

2. En appliquant la loi de Bernoulli, montrer que l'on peut écrire :
avec


3. Déterminer l'expression de a en fonction de , et .

4. À l'aide de la représentation graphique de la fonction , montrer que pour une valeur de débit donnée, il existe deux valeurs possibles de hauteur d'eau.

5. Ces solutions sont appelées « hauteur fleuve » et « hauteur torrent ». En comparant les valeurs de vitesse et de hauteur d'eau, justifier ces noms.

Doc. 1
Représentation schématique de la rivière
Représentation schématique de la rivière
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Crédits : lelivrescolaire.fr
Doc. 2
Courbe représentative de la fonction
Courbe représentative de la fonction
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Crédits : lelivrescolaire.fr
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27
Copie d'élève à commenter

Proposer une justification pour chaque erreur relevée par le correcteur.

Un château d'eau contient un réservoir d'eau de section m2, dont la surface est à l'altitude m.
Léa ouvre un robinet à l'altitude m, dont l'ouverture a pour section cm2.

Données
  • Masse volumique de l'eau : g·cm-3
  • Intensité de pesanteur : N·kg-1
  • Pression atmosphérique : hPa

1. Réaliser un schéma du château d'eau, du robinet et de la canalisation les reliant.

schéma du château d'eau
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2. Calculer la pression au niveau du robinet en l'absence d'écoulement.

Quand l'eau ne coule pas, on peut appliquer la relation de la statique des fluides :
La pression en haut du château d'eau est la pression atmosphérique :



3. Exprimer la vitesse de l'eau en sortie du robinet.

La pression à la surface de l'eau du château d'eau et au robinet est la pression atmosphérique . La conservation du débit volumique permet d'écrire que . D'après la loi de Bernoulli :

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Clepsydre antique

RAI/ANA : Construire un raisonnement

Un cylindre de section m2, rempli initialement d'eau à une hauteur m, se vide par un petit trou de section cm2, au centre du fond.

Clepsydre antique
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Crédits : Marsyas/Wikimedia


1. Réaliser un schéma du système et exprimer le débit volumique à travers le trou en fonction de , en utilisant la définition du débit volumique .

2. Écrire la relation de Bernoulli. On supposera que l'écoulement est stationnaire. En déduire une relation entre , , , et .

3. Exprimer la durée nécessaire pour que le cylindre se vide complètement. On admet que est de la forme , avec et deux constantes.

On souhaite réaliser une clepsydre de forme différente, pour laquelle la variation de hauteur d'eau est constante au cours du temps, c'est‑à‑dire telle que , avec une constante positive.

4. Déterminer la relation entre la surface et la hauteur qui vérifie cette condition.

5. Exprimer la durée pour vider cette clepsydre.
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Jet d'eau de Genève

REA : Utiliser un modèle

La ville de Genève est connue pour son jet d'eau sur le lac Léman. Initialement conçu pour évacuer les surpressions du réseau d'eau de la ville, il est devenu une attraction touristique.

1. Calculer la vitesse du jet d'eau au niveau du sol, en utilisant la relation de Bernoulli.

2. Calculer la puissance fournie par la pompe sur le fluide, initialement au repos dans le lac.

Données
  • Hauteur maximale du jet : m
  • Débit volumique : L·s-1
  • Intensité de pesanteur : N·kg-1


Jet d'eau sur le lac Léman
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Crédits : Jmcboi/Wikimedia
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30
Balance hydrostatique

APP : Extraire l'information utile

L'Encyclopédie de Diderot et d'Alembert (1751) explique comment utiliser une balance hydrostatique pour mesurer la densité d'un fluide.

Doc. 1
Schéma d'une balance hydrostatique
Schéma d'une balance hydrostatique
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Crédits : Nastasic/Getty

Expliquer la méthode proposée dans le doc. 2 en réalisant des schémas des étapes clés. Effectuer un bilan des forces pour justifier la mesure.


Dessinez ici

Doc. 2
Extrait de l'Encyclopédie
Extrait de l'Encyclopédie
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Crédits : ENCCRE 2017 Académie des Sciences
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A
Jeté d'ancre

APP : Faire des prévisions à l'aide d'un modèle

On considère un bateau de masse flottant sur un lac. Le bateau contient une ancre en acier de masse et de volume .

1. Exprimer le volume d'eau déplacé par le bateau.

Ensuite, le bateau jette l'ancre.

2. Exprimer le nouveau volume d'eau déplacé par le bateau et celui déplacé par l'ancre.

3. Le niveau de l'eau est‑il monté ou a‑t‑il baissé ?
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B
Canette percée

REA : Appliquer une formule

Le fond d'une canette remplie d'eau cylindrique de section et de hauteur est percé d'un trou de section . La pression de l'air dans la canette et à l'extérieur de la canette est supposée égale à la pression atmosphérique.

1. En utilisant la relation de Bernoulli entre deux points à préciser et la conservation du débit volumique, montrer que la vitesse à laquelle l'eau s'écoule vérifie :

2. Calculer la vitesse de l'écoulement .

3. Calculer la durée nécessaire pour vider entièrement la canette.

Données
  • Intensité de la pesanteur terrestre : N·kg-1
  • Masse volumique de l'eau : kg·m-3
  • Hauteur de la poche : cm
  • Section de la poche : cm2
  • Section du trou : mm2

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