Sujet de brevet de physique chimie proposé en session de juin 2010 pour la série collège.
L’énoncé a été simplifié pour ne garder que l’essentiel ( coupure par exemple des espaces destinés à répondre sur la copie ainsi que la première page). Cette épreuve dure 45 minutes et compte coefficient 1. La note est sur 20 et 2 points sont réservés à l’orthographe et la présentation.
Le sujet est suivi d’une correction
Au collège, en bicyclette
Partie Mécanique : (6 points)
Un collégien a accroché son cartable sur le porte-bagages de sa bicyclette pour rentrer chez lui après les cours au collège. Son cartable a une masse m égale à 6 kg.
1. Le poids du cartable est : (entourer la bonne réponse)
- a. Une action à distance exercée par la Terre sur le cartable
- b. Une action à distance exercée par le cartable sur la Terre
2. Donner l’expression (ou la relation) qui traduit la proportionnalité entre le poids P d’un objet et sa masse m.
3. Préciser le nom et le symbole de l’unité de P.
4. Calculer le poids P du cartable sachant que l’intensité de la pesanteur g sur Terre est environ égale à 10 N/kg.
5. La relation permettant de calculer l’énergie cinétique Ec d’un objet est :
5.1. Donner le nom des grandeurs représentées par m et v dans la relation.
5.2. Dans quelles unités (nom et symbole) du système international (S.l.) s’expriment v et Ec ?
5.3. Calculer l’énergie cinétique du cartable quand le collégien roule à bicyclette à la vitesse de 5 m/s.
5.1. Donner le nom des grandeurs représentées par m et v dans la relation.
5.2. Dans quelles unités (nom et symbole) du système international (S.l.) s’expriment v et Ec ?
5.3. Calculer l’énergie cinétique du cartable quand le collégien roule à bicyclette à la vitesse de 5 m/s.
Partie Chimie : (6 points)
Les jantes de la bicyclette sont en aluminium ; le cadre est en acier (considéré comme essentiellement constitué de fer).
1. L’aluminium et le fer sont des métaux. Décrire une expérience simple pour distinguer ces deux métaux et indiquer ce que l’on observe.
2. Citer une propriété commune à ces deux métaux.
3. Un atome d’aluminium, de symbole Al, possède 13 charges électriques positives.
3.1. Dans quelle partie de l’atome sont localisées ces charges électriques positives ?
3.2. Combien de charges électriques négatives possède un atome d’aluminium ? Pourquoi ?
3.3. Nommer ces charges négatives.
4. L’acier du cadre de la bicyclette est essentiellement constitué de fer. Le fer, de symbole Fe, réagit avec les ions hydrogène H+ de l’acide chlorhydrique.
4.1. L’acide chlorhydrique a un pH : (entourer la bonne réponse)
- Inférieur à 7
- Égal à 7
- Supérieur à 7
4.2. Le bilan de cette transformation chimique entre le fer et l’acide chlorhydrique s’écrit : (entourer la bonne réponse)
- a. Ions fer II + dihydrogène ——> acide chlorhydrique + fer
- b. Fer + dihydrogène ——> acide chlorhydrique + ions fer II
- c. Fer + acide chlorhydrique ——> chlorure de fer II + dihydrogène
5. La bicyclette est équipée d’une lampe pour être vue la nuit. La lampe fonctionne
grâce à deux piles rondes.
5.1. Nommer la forme d’énergie stockée dans une pile.
5.2. Nommer la forme d’énergie fournie par une pile.
Partie Électricité : (6 points)
1. Lorsque le collégien sort du collège en hiver, il fait presque nuit. Pour être vu, il accroche une lampe sur son bras. Un interrupteur permet d’allumer la lampe qui est alors alimentée par deux piles de 1,5 V en série, c’est-à-dire soumise à une tension continue de 3 V. On visualise cette tension continue grâce à un oscilloscope. Quel est l’oscillogramme obtenu parmi les deux suivants ? (entourer la bonne réponse)
Calibre : 1 V / division
2. Sur la lampe, sont inscrites les indications suivantes : (3 V ; 1,5 W).
2.1. Que représente l’indication 1,5 W ?
2.2. Calculer l’intensité du courant qui traverse cette lampe lorsqu’elle est allumée.
Formule : ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………..
Calcul :……………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
3. Lorsque le collégien arrive chez lui, il allume la lumière du garage. La lampe, qui est fixée au plafond du garage est alimentée par la tension du secteur.
3.1. L’énergie électrique qui est distribuée dans la maison provient d’une centrale électrique. Nommer la partie commune à toutes les centrales.
3.2. La tension fournie par la centrale électrique, tout comme la tension du secteur, est : (entourer la bonne réponse)
continue / variable / nulle
3.3. Parmi les 3 oscillogrammes proposés ci-dessous, choisir celui qui correspond à la tension du secteur. Justifier la réponse.
3.4. Déterminer la période T de la tension visualisée sur l’oscillogramme F.
3.5. Déterminer la valeur de la fréquence f de cette tension.
Formule :……………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
Calcul :…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..
Correction
Partie Mécanique
1. Le poids du cartable est une action à distance exercée par la Terre sur le cartable.
2. P = m x g
3. L’unité de P est le newton de symbole N
4. P = m x g
P = 6 x 10
P = 60 N
Le poids du cartable est de 60 newton
5.1 m est la masse de l’objet et v sa vitesse
5.2 v s’exprime en mètre par seconde et Ec en joule.
5.3 Ec = 0,5 x 6 x 52
Ec = 0,5 x 6 x 25
Ec = 75 J
L’énergie cinétique du cartable est de 75 joules.
Partie Chimie
1. Le est attitré par aimant tandis que l’aluminium ne l’est pas.
2. Comme tous les métaux l’aluminium et le fer sont des conducteurs électriques.
3.1 Les charges électriques positive de l’atome se situent dans son noyau.
3.2 Un atome est toujours neutre donc si l’atome d’aluminium possède 13 charges positives dans son noyau alors il a aussi 13 charges négatives.
3.3 Les charges négatives sont portées par les électrons.
4.1 L’acide chlorhydrique a un pH inférieur à 7.
4.2 La réaction chimique s’écrit: Fer + acide chlorhydrique ——> chlorure de fer II + dihydrogène
5.1 La pile stocke une énergie chimique.
5.2 La pile fournit une énergie électrique.
Partie Électricité
1. Lorsque la sensibilité verticale est de 1 V/DIV une tension de 3 V .provoque une déviation vers le haut de 3 division donc l’oscillogramme correct est le B
2.1 1,5 W correspond à la puissance nominale de la lampe.
2.2 Formule: P = U x I donc I = P : U
Calcul: I = 1,5 : 3
I = 0,5 A
3.1 Toutes les centrales possèdent un alternateur.
3.2 La tension est variable.
3.3 La tension du secteur est sinusoïdale, elle est donc représentée par l’oscillogramme F
3.4 La période correspond à la durée d’un motif élémentaire c’est à dire dans ce cas d’une alternance positive associée à une alternance négative. Le motif s’étale sur deux divisions. Puisque la sensibilité horizontale est de 0,01 s/division la période est donc T = 0,02 secondes.
3.5 Formule : 
Calcul: f = 1 : 0,02
f = 50 Hz