T.S Devoir de PHYSIQUE-CHIMIE n° 1

Durée : 3h. Le 2 octobre 2009

Physique (13 points)

Exercice 1 Onde sur une corde (2 points)La figure ci-dessous représente deux images d'une vidéo montrant la propagation d'une onde sur

une corde élastique. S est une extrémité de la corde, source de la perturbation. La durée séparant les deux images est t2 - t1 = 0,10 s.

1. Calculer la célérité de l'onde.2. Comment pourrait-on modifier de façon notable cette célérité ?3. Calculer le retard τ du mouvement du point A par rapport au point S.

Exercice 2 Mesure de la célérité du son dans un liquide (2 points)Un émetteur et un récepteur d'ultrasons étanches sont fixés sur deux couvercles vissés aux

extrémités d'un long tube. Cet assemblage constitue un tube étanche que l'on remplit d'eau distillée. La distance «émetteur-récepteur» est D = 8,0.10 2 mm.

On donne les oscillogrammes des tensions appliquées à l'émetteur et recueillies aux bornes du récepteur. Le coefficient de balayage est de 0,10 ms/div. Les deux oscillogrammes correspondent à La même salve.

1. Exploiter les oscillogrammes pour calculer la célérité V des ultrasons dans L'eau distillée.

Page 1/3

S

S

M

N

A

10 cm

Exercice 3 Cuve à onde (3 points)Au laboratoire, on dispose d’une cuve à ondes contenant de l’eau. Un vibreur, dont la fréquence

est égale à 30 Hz, produit des ondes circulaires à la surface de l’eau (reproduction de la photographie de la surface à l’échelle ¼).

1. Déterminer le plus précisément possible la longueur d’onde.

2. Déterminer la célérité de cette onde.3. La surface de l’eau est un milieu dispersif. Que signifie

cette expression ?

Exercice 4 Le trombone de König (3 points)Le “trombone” de König (physicien allemand du 19ème siècle) est un dispositif permettant de

mesurer des longueurs d’ondes acoustiques. On se propose d’utiliser ce dispositif afin de déterminer la célérité d’ondes acoustiques dans l’argon.

Un haut-parleur émet l’onde à l’entrée E. Un microphone placé à la sortie S permet de recueillir le signal après que l’onde se soit propagée dans les deux branches du “trombone”.

On appellera d1 la distance parcourue dans la branche fixe (partie gauche), et d2 la distance, réglable, parcourue par l’onde dans la branche mobile (partie droite).

Lorsque la partie mobile est glissée au maximum dans la partie fixe (L = 0), les distances sont égales dans les deux branches.On réalise l’enregistrement suivant : ( Base de temps : 100 μs / div Sensibilité : 1,00 V / div )

Page 2/3

1. Déterminer la période et la fréquence des ondes acoustiques utilisées. Justifier.2. A quelle condition sur L l’onde arrivant par la branche droite est-elle en phase avec l’onde

arrivant par la branche gauche ? 3. On fait varier la longueur L; on observe qu’il faut faire varier L de 5,40 cm entre deux positions

où les ondes sont en phase. Déterminer la longueur d’onde des ondes utilisées.4. En déduire la célérité des ondes utilisées dans cette étude.

Exercice 5 Diffraction de la lumière (3 points)Un faisceau laser, de longueur d’onde dans le vide λ = 633 nm, traverse une fente verticale de

largeur a. La figure de diffraction est observée sur un écran E, lequel est placé perpendiculairement au faisceau et à une distance D = 3,45 m de la fente. On donne la célérité de la lumière C = 3,00.108 m.s-1 .

1. Calculer la fréquence de la radiation.2. Quelle serait la valeur de cette fréquence si la radiation devait passer dans un bloc de verre

d'indice n =1,33 Avec une règle on mesure, sur la figure de diffraction, la distance séparant le milieu de la frange

centrale et la première extinction (milieu de la première frange sombre). On trouve d = 4,40 mm. 3. Tracer le schéma donnant l’aspect de la figure de diffraction. Faire apparaître sur le schéma D, d

et l'écart angulaire.4. Donner l’expression de l’écart angulaire et calculer la largeur a de la fente utilisée.5. Comment est modifiée la figure si on diminue progressivement la largeur de la fente ?

Chimie (7 points)

Décomposition naturelle de l'eau oxygénée

Une solution d'eau oxygénée H2O2 se décompose naturellement et lentement avec le temps en eau H2O et en dioxygène O2 selon une réaction d'oxydoréduction. On souhaite étudier la cinétique de cette décomposition à la température de T = 45°C. À la date t = 0, on verse un volume V = 100 mL d’une solution d’eau oxygénée de concentration C0 = 9,0 10-2 mol.L-1 dans un erlenmeyer que l'on place dans un bain marie réglé sur la température de 45 °C.

1. L'eau oxygénée H2O2 appartient à 2 couples d'oxydoréduction H2O2 / H2O et O2 / H2O2. Établir les deux demi-équations ainsi que l'équation de cette réaction de décomposition.Pour étudier ce mélange réactionnel, à la date t = 10 min, on prélève un échantillon de la solution

d'eau oxygéné de volume VP = 10 mL et on lui fait subir une trempe. On dose l’eau oxygénée restante par une solution acidifiée de permanganate de potassium de concentration C1 = 2,0 10-2 mol.L-1.

2. Que signifie trempe et à quoi sert-elle ?3. Les ions permanganate MnO4

- appartiennent au couple d'oxydoréduction MnO4- / Mn2+. Établir

l'équation de la réaction support de dosage.4. Sachant que seuls les ions permanganate donnent en solution une coloration violette , comment

repère t-on l'équivalence de ce dosage ? 5. À la date t = 10 min, l'équivalence est obtenue pour un volume de permanganate de potassium VE

= 2,0 mL. Établir un tableau d'avancement du dosage pour déterminer la quantité de matière d’eau oxygénée n(H2O2)t=10 restante dans le mélange réactionnel à l’instant t =10 min.

6. En déduire la concentration en eau oxygénée [H2O2]t=10 à cette date. 7. Que peut-on prévoir sur le volume versé à l'équivalence à la même date (VE plus grand, plus petit

ou identique) a) si on avait étudié cette décomposition de l'eau oxygénée à T' =65 °C ? b) si l'on avait utilisé une solution d'eau oxygénée de concentration C0' = 5,0 10-3 mol.L-1 à la

température T = 45°C ?

Page 3/3