Devoirs 2nd Semestre (SPC) – Partie 3

Résumé et Points Clés

Titre : Devoir 2ème Semestre (SPC) – Partie 3

Ce devoir surveillé de Sciences Physiques et Chimie pour la 2ème année du baccalauréat international (option français) comporte quatre exercices : un de chimie et trois de physique.

Chimie : Étude de l’électrolyse

L’exercice porte sur l’application industrielle de l’électrolyse pour l’étamage d’une boîte de conserve cylindrique. Les objectifs sont :

• Identifier les avantages/inconvénients de l’électrolyse.
• Déterminer le rôle de la boîte (cathode) et justifier.
• Écrire les demi-équations aux électrodes et l’équation bilan.
• Calculer la surface à recouvrir (S ≈ 603,2 cm²) et la masse d’étain déposée (m = 3.10⁻² g).
• Calculer la quantité de matière d’étain et la durée nécessaire à l’opération en utilisant la constante de Faraday (F = 96500 C/mol).

Physique – Exercice 1 : Chute verticale dans un fluide visqueux

L’objectif est de déterminer expérimentalement la viscosité d’une huile de moteur en étudiant la chute d’une balle. Les étapes clés sont :

• Établir l’équation différentielle du mouvement en appliquant la 2ème loi de Newton, en tenant compte du poids, de la poussée d’Archimède et de la force de frottement fluide (f = k.v).
• Déterminer l’accélération initiale et le temps caractéristique.
• Utiliser la méthode d’Euler pour compléter un tableau de valeurs de vitesse et d’accélération.
• Modéliser la force de frottement avec la loi de Stokes (f = 6πηRv) pour trouver l’expression puis la valeur numérique de la viscosité η de l’huile.

Physique – Exercice 2 : Mouvement d’un projectile

L’étude porte sur le mouvement parabolique d’un sac de nourriture largué d’un hélicoptère en vol horizontal. Il faut :

• Retrouver les équations horaires x(t) et z(t) en appliquant la 2ème loi de Newton (champ de pesanteur uniforme).
• Établir l’équation de la trajectoire z(x).
• Calculer les coordonnées du point d’impact M (xM, zM) et la durée de la chute, avec h = 450 m et V₀ = 50 m/s.

Physique – Exercice 3 : Mouvement d’une particule chargée dans un champ B uniforme

L’exercice vise à identifier des ions inconnus (X₁ à X₄) à partir de leur trajectoire circulaire dans un champ magnétique. Les tâches sont :

• Déterminer le signe de la charge de chaque ion en utilisant la règle de la main droite (ou une règle équivalente).
• Calculer les rayons des trajectoires à partir de la figure fournie.
• Identifier chaque ion parmi une liste donnée (³⁹K⁺, ²³Na⁺, ³⁵Cl⁻, ¹⁹F⁻) en utilisant la relation R = mv/|q|B, sachant que m = A.u et |q| = e.

Conseils pour l’examen :

• Donnez toujours les expressions littérales avant les applications numériques.
• N’oubliez pas les unités dans vos réponses.
• Utilisez une calculatrice scientifique non programmable.
• Pour la physique, maîtrisez bien l’application de la deuxième loi de Newton et l’analyse graphique.
• Pour la chimie, assurez-vous de savoir équilibrer les demi-équations d’oxydoréduction et d’utiliser les relations entre quantité de matière, charge électrique et masse.