Une question par chapitre, 22 en tout, tirées des exercices corrigés du cours. Réponds à celles que tu sais faire et passe celles d'un chapitre que tu n'as pas encore vu : chaque réponse se vérifie tout de suite, et la correction s'ouvre après.
Avec ton espace gratuit, chaque réponse est gardée et ton tableau de bord range chaque chapitre : réussi au test, ou à travailler. Ce sont les mêmes questions que sur les pages des séries : une réponse donnée ici compte là-bas.
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Ce que le cours suppose
Ces chapitres viennent d'une année précédente, et le cours s'appuie dessus dès les premières semaines.
Physique-chimie · Cinquième · États de la matière, masse et volume
On place 100g d'eau liquide, occupant 100cm3, dans une éprouvette graduée, puis on met le tout au congélateur.
Après solidification complète, on repèse et on relit le volume.
a) Quelle masse la balance affiche-t-elle après solidification ? Justifiez.
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Réponse
a)100 g
a) Elle affiche toujours 100g. La masse se CONSERVE lors d'un changement d'état, car les particules sont exactement les mêmes et en même nombre : rien n'est entré, rien n'est sorti.
Physique-chimie · Quatrième · Atomes, molécules et transformations chimiques
Toute matière est faite d'atomes, représentés par un symbole d'une ou deux lettres : H pour l'hydrogène, C pour le carbone, O pour l'oxygène, N pour l'azote. La première lettre est toujours une MAJUSCULE, la seconde une minuscule.
Une molécule est un assemblage d'atomes liés entre eux. Sa formule donne la nature et le nombre de chaque atome, l'indice s'écrivant en bas à droite.
c) Que représente l'écriture 3H2O ? Combien d'atomes d'hydrogène et d'oxygène cela fait-il en tout ?
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Réponse
c)6 H et 3 O
c) L'écriture 3H2O désigne TROIS molécules d'eau. Chacune contient 2 atomes d'hydrogène et 1 atome d'oxygène, donc en tout 3×2=6 atomes d'hydrogène et 3×1=3 atomes d'oxygène. Le grand chiffre devant multiplie toute la molécule, le petit chiffre en bas ne concerne que l'atome qui le précède : c'est la distinction qui décide de la réussite du chapitre suivant.
Un microphone relié à un ordinateur transforme la vibration de l'air en une courbe. Cette courbe se répète : c'est un signal PÉRIODIQUE, et deux nombres suffisent à le décrire.
b) Calculez la fréquence f de ce son, en hertz. Rappel : f=T1 avec T en secondes.
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Réponse
b)400 Hz
b) f=T1=0,00251=400 hertz. Autrement dit, l'air vibre 400 fois par seconde. Contrôle de vraisemblance : 400 Hz est bien dans le domaine audible, entre 20 et 20 000 hertz, et correspond à un son assez grave, proche du sol d'une guitare.
Physique-chimie · Troisième · Ions, pH, acides et bases
Le pH mesure l'acidité d'une solution aqueuse. Il se lit sur une échelle graduée de 0 à 14 : au-dessous de 7 la solution est acide, à 7 elle est neutre, au-dessus de 7 elle est basique.
Une solution est d'autant plus acide que son pH est PETIT, ce qui est exactement l'inverse de ce que l'intuition suggère.
a) Classez du plus acide au moins acide : le jus de citron (pH=2,4), l'eau de pluie (pH=5,6), l'eau de mer (pH=8,2), le déboucheur (pH=13).
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Réponse
a)Citron, pluie, mer, déboucheur
a) Du plus acide au moins acide, c'est-à-dire du pH le plus petit au plus grand : jus de citron (2,4), eau de pluie (5,6), eau de mer (8,2), déboucheur (13). Le sens de lecture est la seule difficulté du chapitre, et elle coûte des points à chaque contrôle.
Physique-chimie · Troisième · Énergie, puissance et conversions
Un objet en mouvement possède une énergie cinétique Ec=21mv2, avec m en kilogrammes, v en mètres par seconde et Ec en joules.
Un objet en hauteur possède une énergie de position Epp=mgh, avec g=10N/kg et h en mètres.
Une bille de 200g part sans vitesse du haut d'un toboggan de 1,5m de haut et arrive en bas à 3m/s.
a) Convertissez la masse de la bille en kilogrammes, puis calculez son énergie de position au départ.
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Réponse
a)0,200 kg ; 3,0 J
a) 200g=0,200kg. Alors Epp=mgh=0,200×10×1,5=3,0J. La conversion des grammes en kilogrammes est la première source d'erreur du chapitre : une masse laissée en grammes donne un résultat mille fois trop grand.
Physique-chimie · Troisième · Poids, gravitation et signaux
Un observateur chronomètre le délai entre l'éclair et le tonnerre à quatre reprises pendant la même soirée. La vitesse du son dans l'air est prise à 340m/s.
Observation
1
2
3
4
Délai (s)
9,0
6,0
3,0
1,5
c) Les quatre observations sont espacées de 10min chacune. Calculez la vitesse moyenne de déplacement de l'orage, en mètres par seconde puis en kilomètres par heure.
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Réponse
c)1,42 m/s ; 5,1 km/h
c) Trois intervalles de 10min séparent les quatre observations, soit 3×600=1800s. La vitesse vaut 18002550=1,42m/s, soit 1,42×3,6=5,1km/h. Le piège est de compter quatre intervalles au lieu de trois : entre quatre poteaux il n'y a que trois portées.
Physique-chimie · Troisième · Lumière, couleurs et spectres
Une lentille convergente rassemble en un point les rayons qui arrivent parallèles. Ce point, le foyer, définit à lui seul les deux nombres qui caractérisent la lentille.
b) La distance focale vaut 5 centimètres. Convertissez-la en mètres et calculez la vergence, en dioptries. Rappel : C=f′1 avec f′ en mètres.
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Réponse
b)0,05 m ; 20 δ
b) f′=5 centimètres =0,05 mètre. Donc C=0,051=20 dioptries. La conversion en mètres est obligatoire : oublier de la faire donnerait 51=0,2, une valeur cent fois trop petite, et le contrôle de vraisemblance est simple, les lunettes courantes ont des vergences de quelques dioptries, jamais des fractions.
Mathématiques · Seconde · Les statistiques descriptives
Un devoir a donné, dans une classe, une moyenne de 11 et un écart type de 2,5. On note x une note initiale quelconque.
a) Le professeur ajoute 1 point à toutes les copies. Donnez la nouvelle moyenne et le nouvel écart type.
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Réponse
a)Moyenne 12, écart type 2,5
a) Ajouter un point revient à la transformation y=x+1. La moyenne devient 11+1=12. L'écart type reste 2,5 : toutes les notes se DÉCALENT de la même quantité, donc les écarts entre elles, et à la moyenne, sont rigoureusement inchangés.
Quand le résultat est la moyenne xˉ de n mesures indépendantes, son incertitude-type s'évalue par u(xˉ)=ns. Règle d'écriture de cette série, celle de la ressource Eduscol « Mesure et incertitudes » : on arrondit u à DEUX chiffres significatifs, puis on arrondit la valeur au même rang que le dernier chiffre de u. Certains professeurs n'en gardent qu'un ; jamais trois.
Trois calculs viennent d'être faits au tableur. Masse d'un grain de café, 25 grains : mˉ=0,152736g, s=0,015904g. Lot de 16 résistances marquées 220Ω : Rˉ=218,4615Ω, s=5,0936Ω. Hauteur d'un saut vertical, 9 sauts d'une même élève : hˉ=42,6667cm, s=10,247cm.
a) Grain de café : calculez u(mˉ), arrondissez-la, puis écrivez le résultat sous la forme m=mˉ±u.
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Réponse
a)u≈0,0032g ; m=(0,1527±0,0032)g
a) u(mˉ)=250,015904=50,015904=0,0031808g
Deux chiffres significatifs : u=0,0032g, dernier chiffre au dix-millième.
La valeur s'arrondit au dix-millième : 0,152736 devient 0,1527.
m=(0,1527±0,0032)g
On arrondit l'incertitude D'ABORD : c'est elle qui fixe le rang du dernier chiffre de la valeur, jamais l'inverse.
La masse volumique d'un échantillon vaut ρ=Vm. On prendra ρeau=1,00g/mL.
Un flacon vide a une masse de 45,2g. Rempli de 50,0mL d'un liquide inconnu, sa masse vaut 84,7g.
La figure montre un tube dans lequel on a versé très doucement, sans remuer, de l'huile (ρ=0,92g/mL), de l'eau salée (ρ=1,10g/mL) et de l'eau pure. L'huile n'est pas miscible à l'eau. L'eau salée et l'eau pure, elles, sont miscibles : elles restent superposées un moment, et se mélangeraient si l'on remuait.
a) Calculez la masse volumique du liquide inconnu, en g/mL puis en kg/m3.
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Réponse
a)ρ=0,790g/mL=790kg/m3
a) La masse du liquide seul vaut m=84,7−45,2=39,5g. Donc ρ=50,039,5=0,790g/mL. Pour la conversion, retenir le facteur 1g/mL=1000kg/m3 : ρ=790kg/m3. Oublier de retrancher la masse du flacon donne 1,69g/mL, une valeur qui devrait alerter : le liquide serait plus dense que la plupart des solvants usuels, très au-dessus de l'eau.
Chapitre 3 · L'atome et la classification périodique
Les électrons se placent dans les sous-couches 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, dans cet ordre, en remplissant chacune avant de passer à la suivante. Une sous-couche s accueille au plus 2 électrons, une sous-couche p au plus 6.
Le schéma ci-dessous représente les couches occupées d'un atome neutre X, chaque point figurant un électron.
a) Combien X a-t-il d'électrons ? Identifiez l'élément et écrivez sa configuration électronique.
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Réponse
a)12 électrons : magnésium, 1s22s22p63s2
a) On compte 2 électrons sur la couche interne, 8 sur la deuxième et 2 sur la troisième, soit 12 électrons en tout. L'atome étant neutre, il a 12 protons : Z=12, c'est le magnésium. Configuration : 1s22s22p63s2.
Chapitre 4 · Molécules, mole et quantité de matière
L'énergie de liaison est l'énergie qu'il faut FOURNIR pour rompre une mole de liaisons entre deux atomes, à l'état gazeux. Au-delà du programme de Seconde : le calcul avec des énergies de liaison en kJ/mol est au programme de Première spécialité ; en Seconde, le lien qualitatif des questions d) et e) est l'attendu.
Énergies de liaison, en kJ/mol : H−H : 436 ; Cl−Cl : 243 ; C−H : 413 ; O−H : 463 ; C=O (dans CO2) : 804 ; N≡N : 945. On prendra NA=6,02×1023mol−1. Les molécules sont représentées ci-dessous par leur formule développée.
a) Quelle énergie faut-il fournir pour rompre toutes les liaisons d'une mole de méthane CH4 ?
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Réponse
a)1652kJ
a) Le méthane contient 4 liaisons C−H : E=4×413=1652kJ pour une mole de molécules.
Chapitre 5 · Transformation physique : changements d'état et énergie
On chauffe doucement quelques cristaux de diiode, de formule I2, au fond d'un ballon fermé. Une vapeur violette remplit le ballon sans qu'aucun liquide n'apparaisse. Sur le haut du ballon, resté froid, de petits cristaux brillants se reforment.
La figure représente le contenu du ballon avant le chauffage, puis trois modèles proposés par des élèves pour la vapeur violette.
a) Nommez le changement d'état qui se produit au fond du ballon, puis celui qui se produit sur la paroi froide.
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Réponse
a)Sublimation au fond, condensation sur la paroi froide
a) Au fond, le solide passe directement à l'état gazeux, sans liquide : c'est une sublimation.
Sur la paroi froide, le gaz redevient directement solide : c'est une condensation.
Les deux changements sont inverses l'un de l'autre, comme la fusion et la solidification.
Chapitre 6 · Équations de réaction et réactif limitant
On distingue les transformations physiques, où les entités (molécules, ions, atomes) sont conservées, les transformations chimiques, où les entités changent mais où les éléments sont conservés, et les transformations nucléaires, où les noyaux eux-mêmes changent.
Le schéma ci-dessous décrit le contenu d'un récipient avant et après une transformation.
b) Écrivez l'équation de la réaction correspondante, ajustée.
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Réponse
b)2H2+O2→2H2O
b) Quatre molécules de dihydrogène ont réagi avec deux molécules de dioxygène pour donner quatre molécules d'eau, soit en divisant par deux : 2H2+O2→2H2O. La molécule de dioxygène restante n'apparaît pas dans l'équation, c'est un excès. Une équation décrit ce qui réagit, pas ce qui reste dans le flacon.
Chapitre 7 · Synthèse d'une espèce chimique présente dans la nature
L'anthranilate de méthyle, C8H9NO2, donne son odeur au raisin de la variété Concord ; on le trouve aussi dans la fleur d'oranger et le jasmin. On le synthétise au laboratoire à partir d'acide anthranilique et de méthanol :
C7H7NO2+CH4O→C8H9NO2+H2O
On introduit dans un ballon 2,0g d'acide anthranilique, 20mL de méthanol, quelques gouttes d'acide sulfurique concentré et quelques grains de pierre ponce, puis on chauffe à reflux pendant une heure. Le méthanol bout à 65∘C. La figure représente le montage, ses éléments numérotés de 1 à 6.
b) Les tubulures 2 et 3 sont reliées l'une au robinet, l'autre à l'évier. Par laquelle l'eau doit-elle entrer ? Pourquoi ?
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Réponse
b)Par la tubulure 2, en bas : la chemise se remplit entièrement
b) L'eau entre par la tubulure du BAS, la 2, et ressort par celle du haut, la 3.
En montant, l'eau chasse l'air devant elle et remplit toute la chemise du réfrigérant : toute la hauteur du tube intérieur est refroidie.
Piège : alimentée par le haut, l'eau descend le long de la paroi et s'écoule sans remplir la chemise ; la partie haute reste pleine d'air et ne refroidit presque rien (exercice 3).
Les électrons se répartissent en sous-couches 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, remplies dans cet ordre. Un atome gagne ou perd des électrons pour atteindre la structure stable du gaz noble le plus proche.
a) Écrivez la configuration électronique de l'atome de sodium (Z=11), de l'atome de chlore (Z=17) et de l'atome de magnésium (Z=12).
a) Sodium, 11 électrons : 1s22s22p63s1. Chlore, 17 électrons : 1s22s22p63s23p5. Magnésium, 12 électrons : 1s22s22p63s2. Le contrôle à faire systématiquement : la somme des exposants doit redonner Z.
La vitesse moyenne sur un trajet vaut v=Δtd. La vitesse instantanée en un point d'une chronophotographie s'estime par vi≈2τMi−1Mi+1.
La figure montre la chronophotographie d'une bille lâchée sans vitesse initiale, prise toutes les τ=40ms. Les positions sont repérées en centimètres.
a) La bille passe de M0 à M7, soit une chute de 38,5cm. Calculez sa vitesse moyenne sur ce trajet, en m/s.
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Réponse
a)v≈1,38m/s
a) La durée totale vaut Δt=7×40=280ms=0,280s, pour une distance d=38,5cm=0,385m. Donc v=0,2800,385=1,375m/s, soit environ 1,38m/s. Attention au nombre d'intervalles : de M0 à M7 il y a 7 intervalles, pas 8 points multipliés par τ.
Quand un rayon lumineux passe d'un milieu à un autre, il change de direction. Deuxième loi de Descartes : n1sini1=n2sini2, les angles étant mesurés par rapport à la NORMALE à la surface.
Un rayon issu de l'air (n1=1,00) arrive sur la surface d'un bloc de verre (n2=1,50) avec un angle d'incidence i1=40∘.
Au-delà du programme de Seconde : la réflexion totale et l'angle limite, questions d) et e), ne figurent dans aucun programme de physique-chimie du lycée général ; l'exercice prolonge les lois de Snell-Descartes, au programme de Seconde.
a) Calculez l'angle de réfraction i2 dans le verre.
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Réponse
a)i2≈25,4∘
a) sini2=n2n1sini1=1,501,00×sin(40∘)=1,500,6428=0,4285. Donc i2=25,4∘. Vérifier que la calculatrice est en degrés, faute de quoi tout le calcul est faux sans qu'aucun résultat ne paraisse absurde.
Un microphone relié à un oscilloscope enregistre le son émis par un haut-parleur. Le balayage est réglé sur 0,50ms par division horizontale.
Sur l'enregistrement ci-dessous, on repère que 4 motifs complets occupent 10,0 divisions.
b) Calculez la période du signal, en millisecondes puis en secondes.
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Réponse
b)T=1,25ms=1,25×10−3s
b) Il faut mesurer sur PLUSIEURS motifs pour réduire l'erreur de lecture : 4 motifs occupent 10,0 divisions, donc un motif en occupe 2,50. Chaque division valant 0,50ms, la période vaut T=2,50×0,50=1,25ms, soit T=1,25×10−3s. Mesurer sur un seul motif donnerait la même valeur mais avec quatre fois plus d'incertitude.
Chapitre 13 · Lumière blanche, lumière colorée et spectres
Une enseigne lumineuse est un tube de verre rempli d'un gaz sous faible pression, qui brille quand une décharge électrique le traverse. Un gaz chaud et peu dense émet un spectre de raies, propre à chaque élément.
La figure présente les raies principales de trois gaz de référence et le spectre d'une enseigne. Raies, en nanomètres. Mercure : 405, 436, 546, 577. Néon : 585, 614, 640, 703. Sodium : 589. Enseigne : 405, 436, 546, 577, 585, 614, 640, 703.
b) Quels gaz le tube contient-il ? Justifiez raie par raie.
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Réponse
b)Mercure et néon : toutes leurs raies sont présentes, et elles expliquent toutes celles de l'enseigne
b) Les quatre raies du mercure, 405, 436, 546 et 577nm, sont toutes présentes : le tube contient du mercure.
Les quatre raies du néon, 585, 614, 640 et 703nm, sont toutes présentes : il contient du néon.
Toutes les raies de l'enseigne sont ainsi expliquées : le tube contient un mélange de mercure et de néon. Le spectre d'un mélange est la réunion des spectres de ses constituants.
Chapitre 14 · Signal et capteur : circuits et loi d'Ohm
Le circuit ci-dessous comporte un générateur de tension E=12,0V et deux conducteurs ohmiques R1=100Ω et R2=200Ω montés en série.
On note I l'intensité du courant dans le circuit.
a) Que vaut l'intensité dans R1 comparée à celle dans R2 ? Énoncez la loi utilisée.
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Réponse
a)La même : unicité de l'intensité dans un circuit série (un seul chemin)
a) Elle est la MÊME : dans un circuit série, il n'y a qu'un seul chemin, donc une seule intensité. C'est l'unicité de l'intensité dans un circuit série, vue au collège : la charge électrique ne s'accumule nulle part.
Ton tableau de bord range chaque chapitre selon tes réponses et te dit par où commencer. Une date d'examen en tête ? Note-la sur la carte du cours : il en tire un plan, jour après jour.