Devoir surveillé n°1 – semestre 2 – Physique-Chimie – Tronc commun scientifique (modèle 1)

Données : N_A = 6,02 × 10²³ mol⁻¹ ; M(H) = 1 g/mol ; M(C) = 12 g/mol ; M(O) = 16 g/mol ; volume molaire dans les conditions de l'expérience V_m = 24 L/mol ; masse molaire de l'air : 29 g/mol.

1. Définir la mole. (0,5 pt)
2. Calculer la masse molaire du glucose C₆H₁₂O₆ et celle du dioxyde de carbone CO₂. (0,5 pt)
3. Un sachet contient m = 9,0 g de glucose. Calculer la quantité de matière n de glucose qu'il contient et le nombre N de molécules correspondant. (1 pt)
4. Un flacon contient V = 4,8 L de dioxyde de carbone gazeux. Calculer la quantité de matière de ce gaz, puis sa masse. (1 pt)
5. Calculer la densité du dioxyde de carbone par rapport à l'air. Pourquoi ce gaz s'accumule-t-il au fond des puits et des caves ? (1 pt)

On dissout la totalité des 9,0 g de glucose de l'exercice 1 dans de l'eau distillée et on complète à V = 250 mL : on obtient la solution S₀.

1. Nommer le soluté et le solvant, puis calculer la concentration molaire C₀ de S₀. (1 pt)
2. Calculer la concentration massique C_m de S₀ et vérifier que C_m = C₀ × M. (0,5 pt)
3. a) Décrire le protocole de préparation de S₀ en précisant la verrerie utilisée.
   b) On prélève V' = 20 mL de S₀. Quelle quantité de matière de glucose contient ce prélèvement ? Sa concentration est-elle différente de C₀ ? (1,5 pt)

Donnée : charge élémentaire e = 1,6 × 10⁻¹⁹ C.

1. Quelle est la nature du courant électrique dans un métal ? Comparer le sens de déplacement des porteurs de charge et le sens conventionnel du courant. (1 pt)
2. Une lampe est traversée par un courant d'intensité I = 0,25 A pendant Δt = 2 min. Calculer la quantité d'électricité Q qui la traverse et le nombre N d'électrons correspondant. (1,5 pt)
3. Un ampèremètre à aiguille possède les calibres 3 A ; 1 A ; 300 mA ; 100 mA et un cadran de 100 divisions. Branché sur le calibre 1 A, son aiguille s'arrête devant la division 35.
   a) Comment branche-t-on un ampèremètre dans un circuit ?
   b) Calculer l'intensité mesurée.
   c) Ce calibre est-il le mieux adapté ? Justifier. (1,5 pt)
4. La classe de cet ampèremètre est 1,5. Calculer l'incertitude absolue ΔI, puis l'incertitude relative de la mesure. (1 pt)
5. Dans un circuit, le courant principal d'intensité I = 0,35 A arrive à un nœud A où il se partage entre deux branches ; la première est parcourue par I₁ = 0,15 A. Énoncer la loi des nœuds, puis calculer l'intensité I₂ du courant dans la seconde branche. (1,5 pt)

Un circuit série comprend un générateur de bornes P et N, une lampe L entre les points A et B (A est relié à P par un fil), un conducteur ohmique entre B et C, et un moteur entre C et N. On mesure : U_PN = 12 V ; U_AB = 4,5 V ; U_CN = 3,5 V. La tension aux bornes d'un fil de connexion est nulle.

1. Comment branche-t-on un voltmètre pour mesurer U_AB ? Exprimer U_AB à l'aide des potentiels électriques. (1 pt)
2. Énoncer la loi d'additivité des tensions, puis calculer la tension U_BC. (1,5 pt)
3. On choisit la borne N comme référence des potentiels (V_N = 0 V). Calculer les potentiels V_C, V_B et V_A. (1,5 pt)
4. On visualise maintenant une tension sinusoïdale sur l'écran d'un oscilloscope réglé ainsi : sensibilité verticale 2 V/div ; balayage 5 ms/div. La courbe a une amplitude de 3 divisions et une période qui occupe 4 divisions. Calculer la tension maximale U_max, la période T, la fréquence f et la tension efficace U_eff = U_max/√2. (2,5 pt)