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Annales
Bac 2016
corrigés
Sujets et
Physique-Chimie
Obligatoire + Spécialité
T
erm
Frédérique de La Baume-Elfassi
Professeure agrégée
PTitre_AnnalesPhysChimieTleS_2016_EP2.indd 1
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Conception graphique de la couverture
Alain Vambacas
Ligne graphique de l’intérieur
Jehanne-Marie Husson
Réalisation
Schémas : Lasergraphie
Mise en pages : Lasergraphie
www.hachette-education.com
ISBN : 978-2-01-270851-8
© Hachette-Livre 2015, 58, rue Jean Bleuzen, CS 70007, 92178 Vanves Cedex.
Tous droits de traduction, de reproduction et d’adaptation réservés pour tous pays.
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AVANT-PROPOS
Chère lectrice, cher lecteur
Vos objectifs de cette année sont doubles : réussir votre bac et vous préparer aux études supérieures. Cet ouvrage a l’ambition de vous y aider !
Pour réussir, votre travail tout au long de l’année doit poursuivre deux objectifs : premièrement, acquérir les connaissances et les méthodes utiles à l’examen et à la poursuite d’études
supérieures ; deuxièmement, connaître et maîtriser l’épreuve qui vous attend au baccalauréat.
C’est pourquoi vous trouverez dans ce recueil deux types de sujets : d’une part, des sujets de
bac 2015, 1 et 2, de bac 2013 et 2014, 9 à 17, et, d’autre part, des sujets originaux, 3 à 8.
Pourquoi deux sortes de sujets ?
Les « vrais » sujets du bac sont évidemment un outil d’entraînement pour les épreuves d’écrit.
Cependant, non seulement ils ne couvrent pas la totalité du programme, mais de plus, dans
une même partie, ils n’en abordent pas tous les aspects. Aussi, pour un entraînement complet,
des sujets originaux approfondissent tous les types d’approche qui pourraient être proposés
autour d’un thème.
Comment ont été conçus les sujets de cet ouvrage ?
Les sujets de bac 2013 à 2015 sont ceux donnés aux candidats lors des sessions 2013 à 2015.
On y trouve donc logiquement soit des exercices qui ciblent un point très précis, soit au contraire
des exercices qui survolent une partie.
Les sujets originaux proposent plutôt une exploitation approfondie du thème abordé et des
documents qu’il contient. C’est pourquoi, à partir d’une série de documents, le lecteur pourra
trouver des questions d’analyse et de synthèse d’informations, mais aussi des exploitations
théoriques qui permettent de les comprendre et de les exploiter. Par ailleurs, deux sujets sont
proposés sans calculatrice, pour s’entraîner au calcul rapide.
Ainsi, le lecteur est certain de trouver dans l’ouvrage un éventail très riche d’approches, de
thèmes, de connaissances, de méthodes couvrant la totalité du programme.
Comment exploiter les exercices proposés ?
En phase d’apprentissage, il est plus intéressant de travailler sur un exercice de sujet original
afin de faire le tour d’une question. Il ne faudra pas s’étonner, en début d’année, de passer plus
de temps qu’indiqué sur un sujet ou un exercice.
Il est pertinent, dans une première approche, de se consacrer à améliorer, soit ses compétences
« extraire et exploiter », soit ses compétences de maîtrise des connaissances théoriques et des
techniques mathématiques. Dans le premier cas, on pourra alors admettre certains résultats
des questions théoriques (aucune partie n’est « bloquante », certains résultats clefs se trouvant
dans les questions elles-mêmes), alors que, dans le second cas, on s’attachera au contraire à
résoudre parfaitement ces parties, quitte à survoler les questions plus littéraires.
À l’approche d’un contrôle ou de l’examen, on essaiera de mettre en œuvre simultanément
l’ensemble de ces compétences, en travaillant sur la totalité de l’exercice choisi. Parallèlement,
il sera temps de travailler sur un sujet réel pour en comprendre les modes de fonctionnement
et vérifier que l’on est prêt.
Enfin, pour ceux qui se destinent à des études scientifiques ou présentent des concours, il est
conseillé de travailler à fond tous les sujets en temps véritablement limité !
Il ne faut pas hésiter à refaire plusieurs semaines plus tard un exercice ou un sujet qui avait
posé des difficultés. Il est toujours encourageant de se rendre compte que l’on progresse ! Pour
conclure, il faut essayer de faire les exercices « pour de vrai », au calme, en les rédigeant au
propre et en résistant à la tentation de regarder le corrigé, avant d’avoir fait l’effort de chercher
par soi-même.
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AVANT-PROPOS
Que trouve-t-on dans les énoncés des sujets originaux ?
Les contenus du programme (qui aborde de nombreuses notions) sont traités au moins une
fois (et souvent plusieurs fois) dans les sujets originaux. De nombreux documents sont issus
de sites ou d’ouvrages scientifiques sérieux et leur simple lecture constitue déjà un moyen
d’enrichir sa culture scientifique.
Les thèmes scientifiques choisis sont souvent en lien avec la physique moderne, mais aussi
avec l’histoire des sciences ou l’actualité. L’accès aux documents a été facilité (par leur numérotation, par exemple) et d’autant plus guidé qu’ils étaient nombreux ou complexes. Pour une
meilleure lisibilité, les documents ou données ont été placés en fin d’exercice, sous la dénomination « annexes ». Certains sujets de bac suivent la même logique, pratique pour travailler le
jour de l’examen en séparant, sur la table, les questions des documents. Si quelques exercices
des bacs 2012 ou 2011 ont été adaptés, la plupart des exercices proposés sont originaux.
Que trouve-t-on dans les corrigés ?
Les corrigés sont rédigés avec soin, pour aider à la compréhension. On n’exigera pas nécessairement une rédaction aussi approfondie le jour du bac, mais s’y entraîner ne peut qu’être
profitable. Par ailleurs, ils sont émaillés de conseils, rappels de cours ou commentaires (sur
fond coloré) qui ont pour but d’aider à comprendre le sujet, à rappeler les connaissances et
les méthodes utiles, ainsi que les pièges à éviter. Ils servent aussi à éclairer le candidat sur
les questions scientifiques abordées dans les sujets. Dans les sujets 2013 à 2015, on trouvera
également des commentaires sur ce qui est attendu dans tel ou tel type de question, ainsi que
des rectifications d’erreurs ou d’imprécisions qu’ils pourraient contenir.
Et la spécialité ?
Le programme de spécialité est un ensemble de thèmes sur lesquels réfléchir à partir des
contenus du tronc commun. On trouvera un exercice de spécialité à la fin de certains sujets.
Ils pourront toujours remplacer l’exercice 3 de n’importe quel autre sujet. Leurs corrigés sont
évidemment traités avec la même logique et le même soin que les autres.
Comment trouver un exercice sur un thème donné ?
Ce programme incite à construire des sujets qui abordent simultanément plusieurs parties du
programme. C’est pourquoi le tableau récapitulatif (pages 12 à 15) résume l’ensemble des
contenus de chaque exercice (ils sont aussi rappelés en début d’énoncé). Ainsi, le lecteur
verra rapidement si tel exercice traite de questions déjà abordées ou non en classe. Un second
tableau (pages 10 et 11) décline les sujets en fonction des sous-titres du programme.
Et pour conclure…
Le lecteur se rendra compte rapidement que, même si de nombreux concepts sont rappelés ou
indiqués dans les documents, il est souvent plus efficace de les maîtriser a priori. On ne négligera donc pas d’apprendre les définitions, le vocabulaire, les formules, les ordres de grandeurs
et, bien sûr, les lois physiques, ainsi que les méthodes de résolution et de raisonnement vues en
classe. Si les sujets du bac permettent de se tester, ils ne sauraient répondre à un apprentissage
complet. C’est pourquoi les questions posées dans les sujets originaux entraînent le lecteur à
chercher et analyser l’information, mais aussi à structurer ses connaissances et à construire les
modèles théoriques permettant de les comprendre, puis, aussi souvent que possible, à formuler
des hypothèses étayées ou à rédiger des conclusions pertinentes. C’est la démarche que doit
adopter tout physicien, qu’il soit apprenti ou confirmé !
J’espère que ces annales vous permettront non seulement de vous préparer efficacement à
l’examen et à l’entrée dans l’enseignement supérieur, mais réussiront aussi à éveiller ou à
confirmer votre goût de la physique. Je vous souhaite à tous une brillante réussite !
L’auteure
« La connaissance s’acquiert par l’expérience, tout le reste n’est que de l’information. »
Albert Einstein (1879-1955)
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MODE D’EMPLOI
Le temps de réalisation
conseillé pour
chaque exercice.
SUJET 2
Durée indicative
- Lecture rapide de résolution :
de
annexes : 10 min l’énoncé, choix de l’ordre des
exercices, repéra
- Exercice 1 :
ge des
1 h .40 min.
- Exercice 2 :
45 min.
- Exercice 3 :
45
– Spécialité exercimin.
ce 3 : 45 min.
- Relecture : 10
min.
Thèmes des exerci
ces :
- Exercice 1 :
chute
- Exercice 2 : alcool libre, interférences, capteu
r, incertitudes.
s, degré d’une
- Exercice 3 :
boisson, dosage
couple
par spectrophoto
- Spécialité exerci s acide/base, pK , dosag
métrie.
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A
, incertitudes.
Kohlrausch (conduce 3 : salinité, masse volum
ique, densité, loi
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de
L’usage de la
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ExErcicE 1 (10
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Détail du thème abordé
dans chaque exercice.
Prévision des
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La prévision des
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Des chercheurs
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Sujet 2
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18/07/12 15:04
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18/07/12
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de rappels
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SOMMAIRE
Avant-propos..................................................................................... Mode d’emploi. ................................................................................. 3
5
Se préparer à l’épreuve du Bac
Tableau des exercices par titre du programme........................................
Tableau des contenus par exercice........................................................
Les règles d’or de la réussite au bac de physique-chimie.........................
L’épreuve de physique-chimie au baccalauréat S + petit lexique. .............
Classification périodique.....................................................................
Sécurité.............................................................................................
10
12
16
17
18
19
S’entraîner sur les sujets d’écrit
Les sujets de 2015 sont présentés et corrigés en page 21.
SUJET 1 France métropolitaine – Juin 2015................................... 21
Exercice 1 : L
es trois records de Félix Baumgartner........................... Exercice 2 : De la composition d’un soda à sa consommation............. Exercice 3 : Micro-texturation de surface par un laser femtoseconde. Spécialité – Exercice 3 : Un aspect du réchauffement climatique............ Corrigés ...........................................................................................
21
25
28
31
33
SUJET 2 Liban – mai 2015.............................................................. 43
Exercice 1 : C
onstruction d’une maison passive..................................
Exercice 2 : Une piscine naturelle chauffée.........................................
Exercice 3 : Thermographie infrarouge. .............................................
Spécialité – Exercice 3 : Autonomie électrique d’une maison passive. ....
Corrigés ...........................................................................................
43
46
50
53
56
SUJET 3 Sujet original. .................................................................. 67
Exercice 1 : D
u
« bang » d’un avion au claquement
d’un coup de fouet........................................................... Exercice 2 : Méli-Mélo. ....................................................................... Exercice 3 : Suivi cinétique par conductimétrie.................................. Spécialité – Exercice 3 : Oxygène dissous dans l’eau............................... 67
71
75
78
Corrigés ........................................................................................... 80
6
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SOMMAIRE
SUJET 4 Sujet original. .................................................................. 91
Exercice 1 : Mesure de la masse de cuivre d’une pièce de monnaie. ...
Exercice 2 : Principe et utilisation de lasers........................................
Exercice 3 : Les satellites galiléens de Jupiter.....................................
Corrigés ...........................................................................................
91
97
100
104
SUJET 5 Sujet original. .................................................................. 117
Exercice 1 : La numérisation au-delà de l’informatique. ....................
Exercice 2 : La synthèse peptidique. ...................................................
Exercice 3 : Analyse d’un produit ménager . ......................................
Corrigés ...........................................................................................
117
123
127
131
SUJET 6 Sujet original. .................................................................. 145
ON CE
7
M
8
4
9
5
1
6
2
M
X
–
,
%
+/
-
M
3
0
+
π
=
Exercice 1 : La caféine........................................................................
Exercice 2 : Le cyclotron.....................................................................
Exercice 3 : Étude des séismes. ...........................................................
Corrigés ...........................................................................................
145
152
155
158
SUJET 7 Sujet original. .................................................................. 171
ON CE
7
9
5
6
2
0
M
8
4
1
3
,
M
X
M
–
+
π
=
%
+/
-
Exercice 1 : T
out est relatif ?...............................................................
Exercice 2 : Solubilité de l’acide benzoïque.........................................
Exercice 3 : Diffraction de la lumière..................................................
Spécialité – Exercice 3 : Bon ou mauvais tuyau......................................
Corrigés ...........................................................................................
171
176
180
184
188
SUJET 8 Sujet original. .................................................................. 201
Exercice 1 : C
omportement ondulatoire des particules.......................
Exercice 2 : La fermentation malolactique dans le vin........................
Exercice 3 : La fibre optique...............................................................
Corrigés ...........................................................................................
201
206
210
213
SUJET 9 France métropolitaine – Septembre 2013......................... 227
Exercice 1 : L
’ascenseur spatial. .........................................................
Exercice 2 : L’aspartame.....................................................................
Exercice 3 : Le sauna. .........................................................................
Spécialité – Exercice 3 : La quête du grave.............................................
Corrigés ...........................................................................................
228
231
236
239
241
7
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SOMMAIRE
SUJET 10 Pondichéry – Avril 2013.................................................... 259
Exercice 1 : Protons énergétiques........................................................
Exercice 2 : Molécule d’ibuprofène.....................................................
Exercice 3 : Pendule simple.................................................................
Spécialité – Exercice 3 : Clarinettiste voyageur . ....................................
Corrigés ...........................................................................................
259
263
269
271
274
SUJET 11 Liban – Mai 2013.............................................................. 287
Exercice 1 : Acide lactique et médecine animale.................................
Exercice 2 : Le rugby, sport d’évitement et de contact........................
Exercice 3 : Le très haut débit pour tous. ...........................................
Spécialité – Exercice 3 : L’implant cochléaire.........................................
Corrigés ...........................................................................................
287
291
294
297
301
SUJET 12 Amérique du Nord – Juin 2013. ....................................... 313
Exercice 1 : Aspirine et prévention cardiovasculaire...........................
Exercice 2 : Station spatiale ISS..........................................................
Exercice 3 : Surfer sur la vague. .........................................................
Spécialité – Exercice 3 : Concert en sous-sol...........................................
Corrigés ...........................................................................................
313
319
322
325
330
SUJET 13 Polynésie Française – Juin 2013........................................ 343
Exercice 1 : Composition d’un vin. .....................................................
Exercice 2 : Effet Doppler et astrophysique. .......................................
Exercice 3 : Transmission d’information par fibre optique.................
Spécialité – Exercice 3 : À propos de la protection contre le bruit..........
Corrigés ...........................................................................................
343
346
351
353
355
SUJET 14 France métropolitaine – La Réunion – Juin 2013.............. 363
Exercice 1 : Un catalyseur enzymatique, l’uréase................................ 363
Exercice 2 : Principe de fonctionnement d’un GPS............................. 366
Exercice 3 : Saveur sucrée................................................................... 370
Spécialité – Exercice 3 : Comment protéger la coque d’un bateau
de la corrosion ?............................................... 373
Corrigés ........................................................................................... 375
SUJET 15 Afrique – Juin 2013.......................................................... 385
Exercice 1 : La télémétrie LASER. ..................................................... 385
Exercice 2 : L’estérification................................................................. 389
Exercice 3 : Le génie des physiciens et des chimistes au service
de la mesure du temps..................................................... 393
Corrigés ........................................................................................... 397
8
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SOMMAIRE
SUJET 16 Liban – Mai 2014.............................................................. 407
Exercice 1 : Du lait au yaourt. ............................................................
Exercice 2 : Les débuts de l’électron en physique................................
Exercice 3 : Quelques alcools de l’industrie chimique.........................
Spécialité – Exercice 3 : Tensioactifs.......................................................
Corrigés ...........................................................................................
407
411
415
418
420
SUJET 17 France métropolitaine – La Réunion – Juin 2014.............. 431
Exercice 1 : Collisions au LHC. ..........................................................
Exercice 2 : D’une odeur âcre à une odeur fruitée..............................
Exercice 3 : Voyage interplanétaire.....................................................
Spécialité – Exercice 3 : Le cor des Alpes. ..............................................
Corrigés ...........................................................................................
431
435
439
442
445
9
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TABLEAU DES EXERCICES PAR TITRE DU PROGRAMME
ON CE
7
THÈME
Incertitudes
Ondes et particules
SUJET
1
2
caractéristiques des ondes
repésentation spatiale
des molécules
transformation en
chimie organique
réaction chimique par
échange de proton
Énergie, matière,
rayonnement
du macroscopique
au microscopique
transfert d’énergie entre
systèmes macroscopiques
transferts quantiques
d’énergie
dualité onde-particule
3
2
M
X
ON CE
%
7
+/-
π
=
6
7
3
3
1
9
5
6
2
0
M
8
4
M
–
+
3
,
M
X
%
+/-
M
–
+
π
=
8
9 10 11 12 13 14 15 16 17
1 1 1 1
1 3 1
3
3
3
1
3
1 2
3 1 3 1
3
2
3
1 2*
3
3
2
2
2
2
2
1
1
1
1
1
1
2
3
2
3
2
2
1
3
2
1
2
spectres UV-Visible
spectres IR
spectres RMN du proton
Structure et transformations
de la matière
1
1 2*
Analyse spectrale
temps cinématique et
dynamique newtonnienne
mesure de temps et
oscillateur, amortissement
temps et relativité restreinte
temps et évolution chimique :
cinétique et catalyse
5
6
3
,
2
propriétés des ondes
Temps, mouvement,
évolution
4
1 2
rayonnements dans
l’Univers
ondes dans la matière
détecteurs d’onde
et de particules
Caractéristiques et
propriétés des ondes
3
9
5
2
0
M
8
4
1
2
1
2
1
2
2
2
1
1 2 3 3
2
1
1
2
2
3
2
2
1
1
2 1 2
2
2
2
2
2
2
3
3
1 3
1
1
1
2
1
1
1
2
2
2
2
1
1
1 1 32 31 3
1
2
2
2
1
1
3
2
2
2
2
1
1
1 2 3 1
3
1
1
1
3
1
2
2
2
1
1
2
2
1
1
3
2
2
2
2
2
1
2
2
1
12
2 1,2,3
1
2
3
1 2 3
1
1
1
2
1 13 12 12 1
2* 3
2
2
2
1
3
3
2
1
2 3 3
2
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