Physique-Chimie 1re Spécialité
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1. Constitution et transformations de la matière
Ch. 1
Composition chimique d'un système
Ch. 2
Composition chimique des solutions
Ch. 3
Évolution d'un système chimique
Ch. 4
Réactions d'oxydoréduction
Ch. 5
Détermination d'une quantité de matière par titrage
Livret Bac : Thème 1
Ch. 6
De la structure à la polarité d'une entité
Ch. 7
Interpréter les propriétés d’une espèce chimique
Ch. 8
Structure des entités organiques
Ch. 9
Synthèse d'espèces chimiques organiques
Ch. 10
Conversions d'énergie au cours d'une combustion
Livret Bac : Thème 1 bis
2. Mouvement et interactions
Ch. 11
Modélisation d'interactions fondamentales
Ch. 12
Description d'un fluide au repos
Ch. 13
Mouvement d'un système
Livret Bac : Thème 2
3. L'énergie, conversions et transferts
Ch. 14
Études énergétiques en électricité
Ch. 15
Études énergétiques en mécanique
Livret Bac : Thème 3
4. Ondes et signaux
Ch. 16
Ondes mécaniques
Ch. 17
Images et couleurs
Ch. 18
Modèles ondulatoire et particulaire de la lumière
Livret Bac : Thème 4
Méthode
Fiches méthode
Fiche méthode compétences
Annexes
Chapitre 13
Exercices
Pour s'entraîner
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18Contrôle technique
✔ VAL : Comparer deux valeurs numériques✔ REA : Effectuer des calculs littéraux et numériques
✔ RAI/MOD : Faire un bilan des forces
Lors d'un contrôle technique, on étudie le freinage d'une voiture de poids P = 9,6 kN. La force de freinage totale (avant et arrière) mesurée vaut F = 8,92 kN.
1.
Quelles sont les forces qui s'appliquent sur la voiture ? Les schématiser à l'échelle.
GeoGebra
2.
Donner les caractéristiques de la résultante des forces.
3. Calculer la variation de vitesse de la voiture en 1 seconde lors du freinage en m·s-1 puis en km·h-1.
3. Calculer la variation de vitesse de la voiture en 1 seconde lors du freinage en m·s-1 puis en km·h-1.
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19Swing de golf
✔ REA : Effectuer des mesures
✔ RAI/MOD : Faire un bilan des forces
✔ RAI/MOD : Faire un bilan des forces
Au golf, le swing est le mouvement effectué pour déplacer la balle jusqu'à la distance souhaitée. La chronophotographie ci-dessous a été réalisée avec une balle de 46 g, un club de 120 cm et un réglage de 100 images par seconde. Dans cette étude, on assimile la balle à un point matériel B.
1. Lorsque la balle se situe à la position B0, quelles forces s'exercent sur elle ? Les représenter sur un schéma, avec une échelle appropriée.
GeoGebra
2. Quelle force permet la mise en mouvement de la balle entre B0 et B1 ?
3. Calculer la valeur de la vitesse au point B1.
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20Comprendre les attendusLes drones
✔ MATH : Utiliser les vecteurs
Un drone est un petit avion télécommandé sans équipage. Bien qu'il puisse avoir un usage militaire, il est devenu un objet connecté à la mode.
Il permet de réaliser des figures acrobatiques ou des photos et vidéos prises en hauteur grâce à une caméra embarquée. On étudie ici l'ascension verticale du drone.
Il permet de réaliser des figures acrobatiques ou des photos et vidéos prises en hauteur grâce à une caméra embarquée. On étudie ici l'ascension verticale du drone.
1.
Après 1 seconde de mise en marche, le drone atteint une vitesse de 2 m·s-1. Donner les caractéristiques du vecteur variation de vitesse \Delta \vec v entre les instants t_0 = 0 s et t_1 = 1 s.
2. À l'aide de la deuxième loi de Newton, déterminer les caractéristiques de la résultante des forces appliquées au drone pendant \Delta t = t_1 - t_0.
3. Quelles forces s'exercent sur le drone entre ces deux instants ? Donner leurs caractéristiques.
2. À l'aide de la deuxième loi de Newton, déterminer les caractéristiques de la résultante des forces appliquées au drone pendant \Delta t = t_1 - t_0.
3. Quelles forces s'exercent sur le drone entre ces deux instants ? Donner leurs caractéristiques.
4.
Schématiser ces forces à l'échelle.
GeoGebra
5.
On ajoute à bord du drone une caméra. Quelle doit être la valeur de la force de poussée pour maintenir le drone à sa position précédente ?
Détails du barème
Données
- Masse du drone : 500 g ;
- Masse de la caméra : 60 g.
Détails du barème
TOTAL /11 pts
2 pts
1.
Indiquer la direction et le sens. Donner l'expression littérale puis l'application numérique. Exprimer le résultat en m·s-1.2 pts
2.
Indiquer la direction et le sens. Donner l'expression de la deuxième loi de Newton puis l'application numérique. Exprimer le résultat en N.2 pts
2.
Justifier clairement la démarche. Faire l'application numérique en prenant en compte le surplus de masse apporté par la caméra.
3 pts
3.
Indiquer pour le poids : direction, sens et intensité ; pour la force de poussée : direction, sens et intensité.2 pts
4.
Vérifier la direction et le respect du sens. Choisir et respecter une échelle de représentation.Ressource affichée de l'autre côté.
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21Le bobsleigh
✔ RAI/MOD : Faire un bilan des forces✔ REA : Effectuer des calculs littéraux et numériques
Au départ d'une compétition, deux athlètes poussent leur bobsleigh sur une portion de piste glacée horizontale sur une durée de 3 s, avant de prendre place à l'intérieur. On suppose que le bobsleigh glisse sans frottement.
Équipe de bobsleigh allemande, championne du monde 2018.
1.
Quelles sont les forces qui s'appliquent sur le système {bobsleigh + athlètes} à l'instant initial ? Les représenter sur un schéma à l'échelle.
GeoGebra
2. Quelle force est responsable de la mise en mouvement du bobsleigh ? La représenter sur le schéma réalisé sans souci d'échelle.
GeoGebra
3. La vitesse acquise à l'issue de la phase de poussée vaut 40 km·h-1. En supposant que la deuxième loi de Newton s'applique lors de la durée de cette phase, déterminer l'intensité de la force de poussée exercée par l'athlète.
Donnée
- Masse du {bobsleigh + athlètes} : m = 630 kg.
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22
Découverte de l'électron
✔ RAI/MOD : Faire un bilan des forces✔ VAL : Comparer observations expérimentales et résultats théoriques
En 1897, le physicien britannique Joseph Thomson découvre l'existence de l'électron. Il utilise un tube à vide, où les électrons sont émis au niveau de la cathode puis accélérés rectilignement. Le faisceau passe ensuite entre deux plaques de charges électriques opposées. Il observe alors la déviation du faisceau d'électrons vers la plaque chargée positivement grâce à un écran muni d'une plaque phosphorescente. Il en déduit que les électrons sont chargés négativement.
1.
Représenter sur le schéma le champ électrique \vec E entre les deux plaques sans souci d'échelle.
2. Montrer que le poids de l'électron est négligeable devant la force électrique.
3. Appliquer la deuxième loi de Newton.
2. Montrer que le poids de l'électron est négligeable devant la force électrique.
3. Appliquer la deuxième loi de Newton.
4.
Donner le sens et la direction du vecteur variation de vitesse \Delta \vec{v}.
5. Tracer l'allure de la trajectoire de l'électron sur le schéma de la question 1.
6. En déduire que les observations expérimentales sont conformes à la théorie.
5. Tracer l'allure de la trajectoire de l'électron sur le schéma de la question 1.
Cliquez pour accéder à une zone de dessin
6. En déduire que les observations expérimentales sont conformes à la théorie.
Schéma simplifié d'un canon à électrons
Données
- Intensité du champ électrique : E = 15,0 kV·m‑1 ;
- Masse de l'électron : m = 9,1 \times 10-31 kg ;
- Charge élémentaire : e = 1,60 \times 10-19 C.
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Retrouvez une expliquant l'expérience de Thomson.
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23Copie d'élève à commenter
Proposer une justification pour chaque erreur relevée par le correcteur. Les questions sont indépendantes.
1.
D'après la deuxième loi de Newton :
\xcancel {m \:·\: \dfrac{\Delta \vec v_1}{t_1} = \Sigma \vec F}.
2. Lors d'une chute libre le vecteur variation de vitesse \Delta \vec v est vertical,vers le bas et a pour valeur g.
3. Lors d'un lancer franc, les forces qui s'exercent sur le ballon sont :
4. Lors d'une chute, la plume est soumise :
2. Lors d'une chute libre le vecteur variation de vitesse \Delta \vec v est vertical,
3. Lors d'un lancer franc, les forces qui s'exercent sur le ballon sont :
- son poids,
-
la force de lancer.
4. Lors d'une chute, la plume est soumise :
- aux frottements exercés par l'air \vec f,
- au poids \vec P.
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ASpectrométrie de masse
✔ MATH : Calcul littéral
La spectrométrie de masse est une technique d'analyse par mesure de masse. Elle consiste à ioniser les molécules, puis à exercer sur elle une force via un champ électrique. Les molécules de masses différentes, de par leurs inerties différentes, suivront des trajectoires différentes, ce qui permet de les séparer et de les détecter indépendamment. On peut ainsi, par exemple, déterminer le rapport isotopique d'un échantillon.
La méthode la plus simple (mais pas la plus précise) de spectrométrie de masse consiste à créer un champ homogène et uniforme pendant un certain temps \Delta t puis à mesurer la vitesse atteinte via une mesure de temps de vol (temps nécessaire pour parcourir une distance connue).
On considère une molécule de masse m au repos dans le spectromètre de masse. Un électron lui est arraché, puis elle est soumise à un champ électrique E pendant une durée \Delta t. Ensuite, la molécule ne subit plus aucune force jusqu'à atteindre le détecteur. Pendant cette deuxième phase, la molécule parcourt une distance d, et la durée de cette phase (le temps de vol) sera notée \Deltatvol .
La spectrométrie de masse est une technique d'analyse par mesure de masse. Elle consiste à ioniser les molécules, puis à exercer sur elle une force via un champ électrique. Les molécules de masses différentes, de par leurs inerties différentes, suivront des trajectoires différentes, ce qui permet de les séparer et de les détecter indépendamment. On peut ainsi, par exemple, déterminer le rapport isotopique d'un échantillon.
La méthode la plus simple (mais pas la plus précise) de spectrométrie de masse consiste à créer un champ homogène et uniforme pendant un certain temps \Delta t puis à mesurer la vitesse atteinte via une mesure de temps de vol (temps nécessaire pour parcourir une distance connue).
On considère une molécule de masse m au repos dans le spectromètre de masse. Un électron lui est arraché, puis elle est soumise à un champ électrique E pendant une durée \Delta t. Ensuite, la molécule ne subit plus aucune force jusqu'à atteindre le détecteur. Pendant cette deuxième phase, la molécule parcourt une distance d, et la durée de cette phase (le temps de vol) sera notée \Deltatvol .
1.
Exprimer la vitesse v atteinte par la molécule pendant la phase d'accélération.
2. Justifier que la vitesse de la molécule pendant la deuxième phase est constante.
2. Justifier que la vitesse de la molécule pendant la deuxième phase est constante.
3.
Exprimer le temps de vol de la molécule en fonction de v, puis en fonction de m et des données.
4. Calculer le temps de vol pour une molécule de méthane (\mathrm{CH}_{4}) dont l'atome de carbone est un carbone 12, puis pour une molécule de méthane dont l'atome de carbone est un carbone 13.
4. Calculer le temps de vol pour une molécule de méthane (\mathrm{CH}_{4}) dont l'atome de carbone est un carbone 12, puis pour une molécule de méthane dont l'atome de carbone est un carbone 13.
Données
Force exercée par un champ électrique E sur une particule de charge électrique q: F=q \cdot E
Charge élémentaire : \mathrm{e}=1{,}602 \times 10^{-19} C
Masse de l'atome { }^{12} \mathrm{C}: \mathrm{M}\left({ }^{12} \mathrm{C}\right)=2,009 \times 10^{-26} kg
Masse de l'atome { }^{13} \mathrm{C}: \mathrm{M}\left({ }^{13} \mathrm{C}\right)=2{,}176 \times 10^{-26} kg
Masse de l'atome d'hydrogène : \mathrm{M}(\mathrm{H})=1{,}673 \times 10^{-27} kg
Caractéristiques du spectromètre : E=7{,}50 \times 10^{5} \mathrm{~V} \cdot \mathrm{m}^{-1}, \Delta \mathrm{t}=81{,}6 \mathrm{~ns} \text { et } d=1{,}50 m
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BFormule 1
✔ APP : Extraire l'information utile
On s'intéresse à une voiture de Formule 1 dont certaines caractéristiques sont données dans le doc.1 ci‑dessous.
On s'intéresse à une voiture de Formule 1 dont certaines caractéristiques sont données dans le doc.1 ci‑dessous.
Doc. 1
Caractéristiques d'une Formule 1Poids : 605 kg (avec pilote et lest)
Record de vitesse sur circuit 340 km/h
Puissance : autour de 750 chevaux
Régime maximum : 19 000 tours/minute
Freinage : de 300 km/h à l'arrêt : 4 s
Freinage, de 200 km/h à l'arrêt : 2,9 s
Accélération de 0 à 100 km/h : 2,5 s
Accélération de 0 à 200 km/h : 5,0 s
1.
L'accélération moyenne de 0 à 100 km·h-1 a‑t‑elle la même valeur que l'accélération moyenne de 100 à 200 km·h-1.
2. En supposant que l'accélération est constante, calculer la force nécessaire pour fournir une telle accélération.
2. En supposant que l'accélération est constante, calculer la force nécessaire pour fournir une telle accélération.
3.
Expliquer pourquoi en réalité le moteur doit fournir une force supérieure à la valeur calculée précédemment.
4. Si on suppose que l'accélération est constante, combien de temps faut‑il pour atteindre la vitesse record sur circuit (départ arrété) ?
4. Si on suppose que l'accélération est constante, combien de temps faut‑il pour atteindre la vitesse record sur circuit (départ arrété) ?
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j'ai une idée !
Oups, une coquille
