ÉCOLE, COLLÈGE ET LYCÉE PRIVÉS 33, boulevard Lannes – 75116 Paris - www.ecolepascal.fr PREMIÈRE S EXAMEN BLANC N° 2 Avril 2015 Physique - Chimie Durée : 3 h 00 L’épreuve a été conçue pour être traitée sans calculatrice. L’usage des calculatrices est rigoureusement interdit. TOUT DOCUMENT INTERDIT. Les résultats numériques doivent être précédés d’un calcul littéral. La présentation et la rédaction font partie du sujet et interviennent dans la notation. L’épreuve est notée sur 16 points auxquels s’ajouteront les points d’épreuve pratique sur 4 points. I] Solubilité dans l’eau liquide. (sur 3,25 points) La Figure 1 ci-dessous représente de l'eau liquide H2O(liq) très simplifiée (structure bien organisée et plane). 1. Reproduire ce schéma et représenter par des pointillés toutes les liaisons hydrogène qui peuvent être établies, en ne considérant que les liaisons à courte distance. Compter ces interactions présentes sur cette figure. Figure 1 Figure 2 Figure 3 2. Quelle situation est représentée Figure 2 ci-dessus ? 3. Reproduire ce schéma et indiquer comme précédemment toutes les liaisons hydrogène qui peuvent être établies au sein de cette phase liquide. 4. Sachant que chaque liaison hydrogène stabilise le système, quelle est la situation la plus stable entre Figure 1 et Figure 2 ? Que pouvez-vous en conclure ? 5. Quelle situation est représentée Figure 3 ci-dessus ? 6. Représenter comme précédemment les différentes liaisons hydrogène. Que pouvez-vous en conclure ? 7. Justifier qualitativement que plus la chaîne carbonée d'un alcool s'allonge, plus sa solubilité dans l'eau diminue. II ] Quel temps pour les vacances ??? (sur 1,75 points) La carte suivante, utilisée pour les prévisions météorologiques, représente la pression atmosphérique sur l'Europe de l'ouest et l'Atlantique nord. On donne sur la carte ci-contre : d(G,H) = 4,0 mm d(M,N) = 11 mm 1. Comment s'appellent les courbes « numérotées » ? Quelle est l'unité des valeurs qui leur sont associées ? 2. Pourquoi la courbe portant l'indication « 1015 » est-elle représentée en gras ? Quelles zones délimite-t-elle ? 3. Comment interpréter les zones de la carte où les courbes sont rapprochées (entre G et H) et où elles sont éloignées (entre M et N) ? ... / ... 4. Une information utile est le rapport R entre la différence de pression entre deux points et la distance entre ces deux points. Calculer le rapport R1 pour les points G et H et celui, R2, pour les points M et N. Comparer les résultats obtenus et faire le lien avec la question 3. e Échelle de la figure : 1 / 25 000 000 . III ] Sport d’Hiver. Sport d’Été. (sur 5,00 points) A ] Le ski. -1 Un skieur de masse m = 100 kg (avec son équipement) se laisse glisser après s'être donné une vitesse initiale V0 = 5,0 m.s -1 (Figure ci-dessous). Le dénivelé de la piste est : h = 150 m. L'intensité de la pesanteur est : g ≅ 10 N.kg à cette altitude. 1. Calculer l'énergie cinétique initiale du skieur. Calculer également son énergie potentielle de pesanteur en précisant la référence utilisée. -1 2. En bas de la piste, le skieur a une vitesse V’ = 12 m.s . Calculer son énergie mécanique en bas de la piste. 3. Calculer la variation d'énergie mécanique du skieur entre le haut et le bas de la piste. 4. Quels facteurs expliquent cette variation ? Comment réduire leur influence ? 5. Si l'énergie mécanique restait constante, quelle serait la vitesse V’’ du skieur à l'arrivée en bas de la piste ? B ] Le saut à l’élastique. -1 L'intensité de la pesanteur est prise égale à : g ≅ 10 N.kg . Une maquette de laboratoire simule un saut à l'élastique. Elle est composée d'un solide de masse m = 100 g, relié à un point fixe par l'intermédiaire d'un élastique. Lorsque le solide est lâché sans vitesse initiale, il chute d'abord librement, puis est retenu lorsque l'élastique se tend. Un dispositif d'enregistrement et de traitement permet d'obtenir les courbes d'énergies de la Figure ci-contre, où la date t = 0 s est l'instant où le solide est lâché. 1. Identifier les courbes représentant l'énergie cinétique EC, et l'énergie potentielle de pesanteur Epp du solide. Justifier. 2. Quelle est la courbe représentant l'énergie mécanique Em du solide ? Justifier le fait que les frottements sont négligeables. 3. La quatrième courbe représente l'énergie interne de l'élastique, c'està-dire l'énergie qu'il emmagasine lorsqu'il se tend, pour la restituer lorsqu'il se détend. En déduire la date t1 à laquelle l'élastique commence à se tendre. 4. Entre les instants t = 0 s et t = t1, quelle est la variation de l'énergie potentielle de pesanteur du solide ? En déduire la profondeur de la chute correspondante, donc la longueur de l'élastique non tendu. 5. Déterminer l'énergie cinétique maximale de l'objet. Est-elle atteinte à l'instant où l'objet est au plus bas ? 6. Décrire en quelques mots quelles vont être les variations respectives des énergies cinétique, potentielle de pesanteur et interne de l’élastique après la date t = 0,25 s. IV ] Usine hydroélectrique. (sur 1,75 points) 3 -1 Dans l'usine hydroélectrique du Chastang (Corrèze), le débit de l'eau est de 550 m .s et la hauteur de chute est 80 m. 1. Quels types de conversions d'énergie ont lieu au sein de cette usine de production d'électricité ? 2. Déterminer la masse d'eau transitant chaque seconde par les turbines de l'usine. 3. En déduire l'énergie mécanique disponible chaque seconde dans l'usine électrique. 4. En réalité, cette usine ne fournit au réseau électrique que 290 MJ chaque seconde. Quelles peuvent être les raisons de cette différence ? -1 L'intensité de la pesanteur est prise égale à : g ≅ 10 N.kg . .../ p. 3 Première S Examen Blanc N° 2 Page 3 V ] Oh ! Ces ampoules « basse consommation » . . . (sur 4,25 points) A ] Économiques ! 1. À quelles grandeurs physiques correspondent les valeurs 230 V et 20 W indiquées sur l'étiquette de l'ampoule basse consommation Figure ci-contre ? 2. Que signifie l'équivalence évoquée entre les deux ampoules par la double flèche ? 3. En utilisant une telle ampoule à la place d'une ampoule à incandescence équivalente, quelle est l'économie d'énergie réalisée pendant les 6 000 h de fonctionnement ? 4. Quelle est l'économie financière réalisée, sachant qu'un kW.h est payé environ 11 centimes par le consommateur ? B ] Étonnantes ! La Figure suivante reproduit une partie de l'emballage d'une ampoule « à économie d'énergie ». 1. En figurant seulement l'ampoule comme convertisseur et trois transferts, représenter le morceau de chaîne énergétique qui décrit le fonctionnement de l'ampoule du point de vue de l'énergie. 2. Indiquer la valeur « 11 W » sur le transfert d’énergie correspondant à cette puissance. 3. Cette étiquette semble indiquer que la puissance électrique consommée est de 11 W et que la puissance d'éclairage est de 60 W. Indiquer pourquoi ceci serait contraire au principe de conservation de l'énergie. 4. Sur le dos de l'emballage est indiqué : « Ces ampoules consomment 5 fois moins d'énergie ». Interpréter cette phrase en indiquant en particulier par rapport à quoi elles consomment « 5 fois moins ». 5. Ces données permettent-elles de calculer le rendement de l'ampoule ? Si oui, faire le calcul, si non indiquer la (ou les) information(s) manquante(s).