Sujet de brevet de physique chimie proposé en session de rattrapage 2010 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

« La station de vélos des villes »

Afin de diminuer la circulation automobile en centre-ville, de nombreuses villes proposent des stations de location de vélos.

Partie Chimie : (8 points)

1. Le guidon du vélo est essentiellement constitué de métal aluminium.

1.1. L’aluminium est conducteur du courant électrique. Justifier cette affirmation.

1.2. Comment peut-on interpréter la conduction du courant électrique dans l’aluminium ?

1.3. L’atome d’aluminium possède 13 électrons. Nommer l’autre constituant d’un atome.

1.4. Relier les éléments des deux colonnes par des traits signifiant: «est électriquement »

Un atome •
Un électron •
Un ion •
Une molécule •

• chargé
• neutre

2. Le cadre du vélo est essentiellement constitué de fer.

2.1. Comment peut-on distinguer simplement le métal aluminium du métal fer ?

2.2. Les gaz d’échappement rejetés par les automobiles en ville se dissolvent dans l’eau de pluie, ce qui donne des pluies acides.

2.2.1. Indiquer une méthode de mesure du pH.

2.2.2. Choisir parmi les propositions ci-dessous celle(s) qui peut (peuvent) correspondre à la valeur du pH de l’eau des pluies acides. Justifier la réponse.

9,4

5,2

7,1

2.3. L’action des pluies acides sur le cadre du vélo peut être reproduite au laboratoire par le protocole expérimental suivant :
« Verser quelques millilitres d’acide chlorhydrique dans un tube à essais contenant du fer en poudre. On observe un dégagement gazeux. Il se forme du dihydrogène et des ions fer (II). »

2.3.1. Réaliser le schéma de cette expérience.

2.3.2. Donner la formule des ions fer (II).

2.3.3. Donner les noms des réactifs de cette transformation chimique.

2.3.4. Donner les noms des produits de cette transformation chimique.

2.3.5. Pourquoi dit-on qu’il s’agit d’une transformation chimique ?

3. Un compteur kilométrique fonctionnant à l’aide d’une pile est installé sur le vélo. Identifier la proposition correcte (en mettant une croix dans la case correspondante).
La pile permet de faire fonctionner le compteur car elle :
O convertit l’énergie électrique en énergie chimique
O convertit l’énergie thermique en énergie chimique
O convertit l’énergie chimique en énergie électrique.

Partie Électricité : (7 points)

1. L’éclairage du vélo fonctionne grâce à une génératrice de bicyclette. Elle est constituée d’un aimant, d’un galet et d’une bobine.

1.1. À quelle condition, la génératrice produit-elle une tension électrique ?

1.2. Donner le nom de la partie commune à toutes les centrales électriques.

1.3. Parmi les affirmations ci-dessous, choisir la proposition correcte (en mettant une croix dans la case correspondante). La génératrice de bicyclette utilise une source d’énergie renouvelable car :
O on peut la transformer en énergie électrique.
O elle est produite par l’homme.
O elle peut être considérée comme inépuisable à l’échelle humaine.

2. On obtient l’oscillogramme ci-dessous en reliant la génératrice de bicyclette (en fonctionnement) à un oscilloscope.

Réglages de l’oscilloscope: sensibilité verticale puis sensibilité horizontale

2.1. Parmi les termes ci-dessous, entourer celui (ou ceux) qui convient (conviennent) pour décrire la tension électrique observée aux bornes de la génératrice de bicyclette.

variable / positive / négative / alternative / continue / périodique

2.2. Quelle est la sensibilité verticale ?

2.3. Quelle est la sensibilité horizontale ?

2.4. À l’aide de l’oscillogramme ci-dessus et des réglages de l’oscilloscope, déterminer la valeur maximale U_max de cette tension électrique.

2.5. Cette tension électrique a pour période T = 25 ms.

2.5.1. Indiquer la formule (avec les unités) qui permet de calculer la fréquence f en fonction de la période T.

2.5.2. Calculer la fréquence de cette tension électrique.

3. Le culot d’une lampe de phare avant de bicyclette porte les indications suivantes :

6 V – 0,4 A

3.1. Indiquer la formule (avec les unités) qui permet de calculer dans le cas de la lampe, la puissance électrique P en fonction de la tension électrique U et de l’intensité I du courant électrique du vélo.

3.2. Calculer la puissance électrique consommée par la lampe du phare avant
phare vélo

3.3. Parmi les formules ci-dessous, entourer celle qui permet de calculer l’énergie électrique E consommée par la lampe en fonction de sa puissance P et de la durée t de fonctionnement.

E = t/P E= Pxt E = P/t

Partie Mécanique : (3 points)

1. Un cycliste roule dans une rue. Il aperçoit un feu tricolore qui passe au rouge. La représentation graphique ci-dessous est celle des variations de la distance de freinage (Dp) en fonction de la vitesse (v) du cycliste.
courbe vitesse

1.1. Déterminer graphiquement la distance de freinage si le cycliste roule à la vitesse de 25 km/h.

1.2. Choisir ci-dessous la phrase correcte en mettant une croix dans la case correspondante : Si le cycliste double sa vitesse, sa distance de freinage sera :
identique,
D deux fois plus grande,
D plus de deux fois plus grande.

2. Le vélo est dans une des stations de location. La Terre exerce sur ce vélo une action à distance attractive.

2.1. Donner le nom de l’action exercée par la Terre sur le vélo.

2.2. Donner le nom de l’unité de cette action.

2.3. Nommer l’appareil permettant de mesurer cette action.

Correction

Partie Chimie

1.1 L’aluminium est un métal et tous les métaux sont des conducteurs électriques.

1.2 Comme tous les métaux les atomes d’aluminium possède des électrons dits électrons libre qui peuvent se déplacer librement d’atome en atome. Sous l’effet d’une tension ces électrons libres se dirigent vers la borne positive du générateur et forment courant électrique.

1.3 L’atome est aussi constitué d’un noyau.

1.4 Un atome et une molécule sont neutres tandis qu’un ion et un électron sont chargés.

2.1 Le fer est attiré par un aimant mais ce n’est pas le cas de l’aluminium

2.2.1 Le pH peut être mesuré avec un pH-mètre ou du papier pH.

2.2.2 Seule la valeur 5,2 peut correspondre au pH d’une eau de pluie acide car une solution acide possède toujours un pH inférieur à 7.

2.3.1

2.3.2 Les ions fer(II) ont pour formule Fe2+.

2.3.3 Les réactifs sont le fer et l’acide chlorhydrique.

2.3.4 Les produits sont le dihydrogène et le chlorure de fer (II)

2.3.5 Il s’agit d’une transformation chimique car des composés chimique disparaissent tandis que de nouveaux composés de forment.

3 La pile permet de convertir l’énergie chimique en énergie thermique.

Partie Électricité

1.1 La génératrice ne produit une tension électrique que si l’aimant est mis en rotation.

1.2 Il s’agit d’un alternateur.

1.3 La génératrice est considérée comme une source d’énergie renouvelable car elle peut être considérée comme inépuisable à l’échelle humaine.

2.1 La tension est variable, alternative et périodique.

2.2 La sensibilité verticale est de 2 V/DIV

2.3 La sensibilité horizontale est de 5 ms/DIV

2.4 U_max = 4,8 V

2.5.1

2.5.2

3.1 P = U x I où P est en Watt, U en volt et I en ampère

3.2 P = 6 x 0,4
P = 2,4 W

3.3 E = P x t

Partie Mécanique

1.1 La Distance de freinage est de 7 mètres.

1.2 Si le cycliste double sa vitesse sa distance de freinage sera plus de deux fois plus grande.

2.1 Cette action correspond au poids du vélo.

2.2 Cette action s’exprime en Newton.

2.3 On mesure le poids avec un dynamomètre.