Devoir 1-3e Trimestre-Sciences Physique-GSNDA/C-2021-2022

G.S.N.D.A/C Année scolaire : 2021–2022 Enseignant : M. DIAKITE T le D Durée : 2h30 22/04/2022 DEVOIR DE SCIENCES PHYSIQUES Documents non autorisés Le ping-pong est déconseillé PHYSIQUE 12 pts Exercice 1 6 pts Données $D = 40 \text{ cm}$ ; $\ell = 1 \text{ cm}$ ; $d = 10 \text{ cm}$ $m = 9,1.10^{-31} \text{ kg}$ $E = 5.10^{4} \text{ V.m}^{-1}$ Dans tout l'exercice, on négligera le poids de l'électron devant les autres forces qui agissent sur lui. Des électrons de masse $m$ et de charge $q$ sont émis sans vitesse initiale par la cathode (C). Ils subissent sur la longueur $d$, l'action du champ électrique uniforme $\vec{E}$. Questions Quelle est la nature du mouvement de l'électron entre la cathode (C) et l'anode (A) ? Que vaut la vitesse $V_0$ d'un électron au point $O_1$ ? Arrivés en $O_1$, les électrons subissent sur la distance $\ell$ l'action d'un champ magnétique uniforme $\vec{B}$ perpendiculaire au plan de la figure (domaine II). Quel doit être le sens du vecteur $\vec{B}$ pour que les électrons décrivent l'arc de cercle $O_1N$ ? Justifier la réponse. Établir l'expression du rayon $R = O'O_1 = O'N$ de cet arc de cercle. A.N. : calculer $R$ pour $B = 2.10^{-3} \text{ T}$. Quelle est la nature du mouvement de l'électron dans le domaine III où n'existe aucun champ ? Le domaine III est limité par un écran (E) sur lequel arrivent les électrons. Exprimer en fonction de $m$, $e$, $B$, $D$, $\ell$ et $V_0$ la déflexion magnétique $O_3I = Y$ subie par un électron à la traversée du système II + III. La droite $IN$ coupe l'axe $O_1O_2$ au point $M$. L'écran E est à la distance $D$ de ce point $M$. On fera les hypothèses simplificatrices suivantes : dans le domaine II de l'espace, on peut confondre la longueur de l'arc avec la longueur $O_1O_2 = \ell$ où règne le champ $\vec{B}$. On supposera que la déviation angulaire est faible. Dispositif de déviation des électrons — référence : devi2.png Exercice 2 6 pts Dans tout le problème, les dispositifs sont dans le vide, les vitesses sont faibles devant la célérité de la lumière. On ne tiendra pas compte de la pesanteur. On considère deux plaques A et B, conductrices parallèles, verticales et distantes de 5 cm. Une source émet des ions oxygène $^{16}\text{O}^{2-}$, ces derniers pénètrent avec une vitesse négligeable par un trou $O_1$, dans l'espace compris entre les deux plaques verticales A et B. Lorsqu'on applique entre ces deux plaques verticales une tension $U_0 = |V_A - V_B|$, les ions atteignent le trou $O_2$ avec la vitesse $V_0 = 400 \text{ km.s}^{-1}$. Questions Quelle plaque (A ou B) doit-on porter au potentiel le moins élevé ? Établir l'expression littérale de la différence de potentiels $V_A - V_B$ en fonction de $m$ (masse de l'ion $^{16}\text{O}^{2-}$), $V_0$ et $e$. Calculer sa valeur. Le faisceau d'ions $^{16}\text{O}^{2-}$ pénètre entre les armatures horizontales Q et P d'un condensateur à la vitesse $V_0 = 400 \text{ km.s}^{-1}$. On établit entre les armatures une tension $U$ positive. Quel doit être le signe de l'armature Q pour que les ions soient déviés vers le bas ? En déduire le sens de $\vec{E}$. Établir l'équation de la trajectoire du mouvement d'un ion $^{16}\text{O}^{2-}$ entre les armatures du condensateur. Donner la condition d'émergence de ces ions. En déduire l'expression de $y_s$ (l'ordonnée de sortie). Calculer $y_s$. Le faisceau d'ions arrive ensuite sur un écran fluorescent (E) situé à la distance $D$ du centre de symétrie $I$ des armatures. Établir l'expression de la déflexion électrique $H$ du spot sur l'écran (E). Faire l'application numérique. Données $e = 1,6.10^{-19} \text{ C}$ ; $m(^{16}\text{O}^{2-}) = A.u$ (avec $u = 1,66.10^{-27} \text{ kg}$, $A$ = nombre de masse) $L = 10 \text{ cm}$ ; $d = 8 \text{ cm}$ ; $U = 6974,4 \text{ V}$ ; $D = 1 \text{ m}$ Déviation du faisceau d'ions — référence : devi3.png CHIMIE 8 pts Exercice Un monoalcool saturé $A$ a pour masse molaire $M(A) = 74 \text{ g/mol}$. Questions Déterminer sa formule brute. L'oxydation ménagée de $A$ par une solution de dichromate de potassium en milieu acide conduit à un composé $B$ qui réagit avec la 2,4-DNPH mais est sans action sur la liqueur de Fehling et sur le nitrate d'argent. En déduire la formule semi-développée et le nom de l'alcool $A$. Définir une molécule chirale. Montrer que $A$ possède deux énantiomères ; les représenter. Écrire l'équation-bilan de l'oxydation ménagée de $A$ par la solution acidifiée du dichromate de potassium. Quel est le couple oxydant-réducteur mis en jeu ? Donner le nom de $B$. L'action d'un monoacide carboxylique R–COOH sur l'alcool $A$ conduit à un corps $E$ de formule brute $\text{C}_5\text{H}_{10}\text{O}_2$. De quel type de réaction s'agit-il ? Quelles sont ses caractéristiques ? Quel serait l'effet d'une élévation de température sur cette réaction ? Écrire l'équation-bilan de cette réaction. En déduire la formule développée et le nom de l'acide utilisé. Donner le nom et la formule semi-développée du corps $E$ formé. Devoir de Sciences Physiques — T le D — G.S.N.D.A/C — M. DIAKITE — 2021–2022