Sujet Physique-Chimie — Terminale — Pondichéry — Bac 2013

Le candidat doit traiter les trois exercices qui sont indépendants les uns des autres : Exercice I – Protons énergétiques (5,5 points) Exercice II – Molécule d’ibuprofène (9,5 points) Exercice III – Pendule simple (5 points) Exercice I – Protons énergétiques (5,5 points) Des protons énergétiques sont des protons animés d’une grande vitesse. Le but de cet exercice est d’exploiter des documents relatifs à deux exemples de l’action de protons énergétiques sur la matière : le rayonnement cosmique et la protonthérapie. Données : Charge électrique du proton : e = 1,602 × 10-19 C. Masse du proton : m = 1,673 × 10-27 kg. p Mégaélectron-volt : 1 MeV = 1,602 × 10-13 J. Vitesse de la lumière dans le vide : c = 3,00 × 108 m.s-1. Constante de Planck : h = 6,62 × 10-34 J.s. 1. Le proton Document 1 Les interactions dans le noyau Dans un noyau atomique, trois interactions fondamentales sont mises en jeu entre les nucléons (protons et neutrons) : l’interaction gravitationnelle, l’interaction électrique et l’interaction nucléaire forte. L’interaction gravitationnelle est attractive ; dans un noyau, elle est nettement plus faible que l’interaction électrique répulsive entre protons. C’est l’interaction nucléaire forte qui assure la cohésion du noyau atomique. Document 2 Les quarks constitutifs du proton Le proton est composé de trois particules : deux quarks up et un quark down. Les quarks sont des particules élémentaires qui portent une fraction de la charge électrique du proton. La charge d’un quark down est - . 1.1. L’interaction forte est-elle attractive ou répulsive ? Est-elle plus ou moins intense que l’interaction électrique ? Justifier vos réponses à l’aide du document 1. 1.2. Déterminer la charge électrique d’un quark up en l’exprimant sous la forme d’une fraction de la charge e du proton. 13PHYCOIN1 Page 2/16 2. Les protons cosmiques Document 3 Rayonnement cosmique La Terre est arrosée constamment par une pluie de particules, nommée rayonnement cosmique. Ce phénomène est le résultat de l’arrivée de particules énergétiques (provenant du Soleil, de la galaxie et plus globalement de tout l’Univers) dans la haute atmosphère terrestre. Ces particules, principalement des protons (87 %) entrent en collision avec les noyaux des molécules de l’atmosphère. Les produits de ces collisions primaires heurtent à leur tour d’autres noyaux produisant ainsi une gerbe de particules secondaires. Certaines parviennent jusqu’au sol, d’autres sont absorbées par l’atmosphère, et d’autres encore induisent de nouvelles réactions qui