Sciences physiques - mécanique, électricité et chimie des solutions
Ce que l'épreuve évalue
L'épreuve de sciences physiques associe une partie physique (mécanique du point, énergie, circuits électriques) et une partie chimie (solutions, acides et bases, oxydoréduction, équations-bilans). Le correcteur attribue des points à la démarche : formule écrite, substitution numérique, unité et chiffres significatifs.
Mécanique
- Mouvement rectiligne uniforme : v = d/t. Mouvement uniformément accéléré : x = ½at² et v = at (départ arrêté).
- Chute libre : v = √(2gh) et h = ½gt², avec g ≈ 9,8 m·s⁻².
- Énergie mécanique : Ec = ½mv², Ep = mgh ; en l'absence de frottement, Ec + Ep se conserve.
Électricité
- Loi d'Ohm : U = RI. En série, R = R₁ + R₂ + … et l'intensité est la même partout.
- En dérivation : 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ et la tension est commune.
- Puissance : P = UI = RI² = U²/R ; énergie consommée W = Pt (en joules ou en kWh).
Chimie des solutions
- Quantité de matière : n = m/M ; concentration : C = n/V (V en litres).
- Dilution : C₁V₁ = C₂V₂.
- Acide fort : pH = −log C ; base forte : pH = 14 + log C.
- Neutralisation d'un monoacide par une monobase : à l'équivalence, C_aV_a = C_bV_b.
Exemple rédigé
On dissout 4,0 g d'hydroxyde de sodium NaOH (M = 40 g·mol⁻¹) dans de l'eau de façon à obtenir 500 mL de solution. n = 4,0/40 = 0,10 mol, donc C = 0,10/0,500 = 0,20 mol·L⁻¹. La soude est une base forte : pH = 14 + log(0,20) = 14 − 0,70 = 13,3. On dose 20,0 mL de cette solution par de l'acide chlorhydrique à 0,10 mol·L⁻¹ : V_b = (0,20 × 20,0)/0,10 = 40,0 mL. À l'équivalence, la solution ne contient que du chlorure de sodium, sel d'acide fort et de base forte : le pH est voisin de 7.
Pièges qui coûtent des points
- Laisser le volume en millilitres dans le calcul de concentration.
- Oublier que H₂SO₄ libère deux ions H⁺ : C(acide) = ½[H⁺], ce qui décale le pH et le volume d'équivalence.
- Mélanger série et dérivation dans un même circuit.
- Donner un pH sans préciser l'hypothèse « acide fort » ou « base forte ».
- Omettre l'unité (m·s⁻¹, A, V, W, mol·L⁻¹) ou arrondir un résultat intermédiaire.