Préparation au Brevet 2025

Préparation au Brevet - Physique-Chimie 3e

Exercice 1 : Caractériser le mouvement d’un athlète

Un athlète fait du lancer de marteau. Il fait d'abord prendre de la vitesse à son marteau en le faisant tourner deux à trois fois autour de sa tête puis il l'accélère de manière continue en tournant 3 à 4 fois sur lui-même tout en restant dans le cercle avant de le lancer.


Schématisation du mouvement d’un lanceur de marteau pendant son élan.
Le sens de la flèche indique le sens du mouvement.

Qualifier le mouvement de l’athlète en choisissant un ou plusieurs termes parmi les suivants :

Exercice 2 : Brevet 2021 (Centres étrangers) - Épreuves d’un triathlon

Le triathlon est une discipline sportive réunissant trois épreuves : la natation, le cyclisme et la course à pied.

Épreuve de natation

Les concurrents démarrent le triathlon par une épreuve de natation.


Chronophotographie d’une partie du déplacement d’un nageur.
Une chronophotographie est une succession de clichés pris à intervalles de temps égaux.
Le sens de la flèche indique le sens du mouvement.

1. Qualifier le mouvement de l’athlète en choisissant un ou plusieurs qualificatifs parmi les suivants :

Épreuve de cyclisme

À la sortie de l’eau, les concurrents récupèrent leur vélo.
Une athlète souhaite utiliser le vélo le plus léger possible parmi deux modèles à sa disposition.
L’un est en acier et l’autre en titane.
Les dimensions des deux modèles sont strictement identiques. Les volumes des tubes constituant les cadres sont les mêmes. Seuls les matériaux utilisés pour les cadres diffèrent.

Données
  • - Masse volumique de l'acier : \( 7,8\times 10^{6} \: g / m^{3} \)
  • - Masse volumique du titane : \( 4,5\:g / cm^{3} \)
2. Quel est le modèle choisi par l'athlète ?
3. Déterminer la masse du cadre du vélo choisi sachant que son volume est de \( 327\:cm^{3} \).
On donnera un résultat arrondi à \( 0,1 \: kg \), suivi de l'unité qui convient.

La pression des pneus est une donnée importante pour augmenter les performances.
Le graphe ci-dessous donne la pression des pneus recommandée en fonction du poids du cycliste.


Données
  • - pour l’intensité de la pesanteur sur Terre, on prendra : \( g_{T} = 10 \: N/kg\)
4. Déterminer la valeur de la pression à appliquer aux pneus du vélo d’une cycliste dont la masse est de \( 60 \: kg\).
On donnera la réponse suivie de l'unité qui convient.

Épreuve de course à pied

Les concurrents terminent le triathlon par une épreuve de course à pied.
Des verres de boisson énergisante à base de glucose sont proposés aux sportifs aux points de ravitaillement.

5. Une molécule de glucose a pour formule chimique \( C_{6}H_{12}O_{6} \). Compléter le tableau suivant décrivant la composition de la molécule de glucose.

Donnée : le tableau périodique des éléments.
{"data": [["Carbone", "Oxyg\u00e8ne", "Azote", "Hydrog\u00e8ne"], ["?", "?", "?", "?"]], "header_left": ["Nom de l'atome", "Quantit\u00e9 composant la mol\u00e9cule de glucose"]}
6. Laquelle des réactions suivantes représente correctement la transformation chimique entre le glucose et le dioxygène ?

L’énergie chimique est convertie en énergie cinétique et en énergie thermique.

7. Indiquer par quoi il faut remplacer les lettres A, B et C dans le diagramme suivant :

A : Énergie
B : Énergie
C : Énergie

Essais restants : 2

Pour couvrir ses besoins énergétiques, l’athlète consomme une boisson énergétique.
Durant une heure de course à pied, la dépense énergétique moyenne de l’athlète est d’environ \( 36 \: kJ \) par \( kg \) de masse corporelle.

Une athlète de \( 60 \: kg \) court pendant \( 17 \: min \).

8. Déterminer le nombre de verres de boisson énergisante nécessaires pour couvrir la dépense énergétique sachant qu’un verre de boisson énergisante apporte une énergie d’environ \( 152 \: kJ \) à l’athlète.
On considère que l'athlète boit entièrement chacun des verres, et on donnera le résultat sous forme entière sans préciser l'unité.

Exercice 3 : Brevet 2023 (Métropole) - Question 3

Mise en évidence expérimentale de la dilatation thermique de l’eau

De l’eau, initialement placée à une température de \(5°C\), est mise dans un ballon surmonté d’un bouchon, d’un thermomètre et d’un tube en verre. Le niveau de l’eau dans le tube est indiqué sur le schéma ci-dessous.

Schema de la dilatation thermique de l’eau

Le dispositif est placé sur une balance pendant plusieurs heures, dans une pièce à la température de \(23°C\). La masse de l’ensemble reste constante.


Graphique de l’évolution de la masse volumique de l’eau en fonction de la température

Graphique de l’évolution de la masse volumique de l’eau en fonction de la température

1. Indiquer à l’aide du graphique, la valeur de la masse volumique de l’eau à la température initiale de \(5°C\).

On donnera la réponse avec l’unité.

2. Indiquer à l’aide du graphique, la valeur de la masse volumique de l’eau à la température finale de \(23°C\).

On donnera la réponse avec l’unité.

3. Donner l’expression de la masse volumique \(\rho\) en fonction de la masse \(m\) et du volume \(V\).

$

4. Compléter les deux phrases suivantes :

La masse de l’eau lorsque la température de l’eau augmente.
La masse volumique de l’eau lorsque la température de l’eau augmente.

Essais restants : 2

5. Que peut-on en déduire sur le volume d’eau \(V\) ?

6. Que peut-on en déduire sur le niveau de l’eau dans le tube de l’expérience lorsque la température de l’eau augmente ?

Exercice 4 : Brevet 2024 (Amérique du nord) - Batterie d'un smartphone

Batterie d’un smartphone

Pour fabriquer un smartphone, il faut plus de soixante-dix matériaux différents dont une cinquantaine de métaux. L’extraction de ces métaux est coûteuse en énergie et les ressources sont limitées. Une batterie de smartphone contient entre autres des ions lithium.

Les différentes parties d’un smartphone et les éléments présents dans la batterie
D’après https://reporterre.net/

La fabrication d’un smartphone produit du dioxyde de carbone qui a un impact climatique, dont l’acidification des océans.
Le dioxyde de carbone se dissout dans l’eau lors d’une transformation chimique.

1. a Indiquer laquelle des équations de réaction ajustées modélise la dissolution du dioxyde de carbone dans l’eau.
1. b Nommer le matériel utilisé pour mesurer une valeur du pH de l’eau de mer par deux méthodes expérimentales différentes.
On donnera les deux matériels séparés par un point-virgule.
1. c Expliquer pourquoi la dissolution du dioxyde de carbone dans l’eau provoque une acidification des océans. Choisir la bonne réponse.

L’empreinte carbone d’un smartphone est liée à la quantité de gaz à effet de serre émise lors de sa production, de son transport, de son utilisation et de son recyclage. Elle se mesure en « kilogramme équivalent \( CO_2 \) » dont le symbole est kg éq \( CO_2 \).

Empreinte carbone d’un smartphone :

Empreinte carbone d’un smartphone2. Cocher les solutions qu’un utilisateur pourrait mettre en œuvre pour réduire l’impact carbone de son smartphone.

Représentation d’un atome :

Représentation d’un atome3. a Donner le symbole de l’élément aluminium.
On pourra s’aider du document donné en début d’exercice.
3. b Donner le nombre de protons contenus dans le noyau d’un atome de aluminium.
On pourra s’aider du document donné en début d’exercice.
3. c En déduire le nombre d’électrons contenus dans un atome de aluminium.
On pourra s’aider du document donné en début d’exercice.

Chaque ion aluminium provient d’un atome de aluminium qui a perdu trois électrons.

3. d En déduire la formule chimique de l’ion aluminium.

Dans de nombreuses gares ferroviaires, la batterie d’un smartphone peut être rechargée en pédalant sur un vélo fixé au sol.
Voici le diagramme énergétique du vélo : Diagramme énergétique du vélo

4. Affecter à chaque numéro une forme d’énergie.
1 :
2 :
3 :

Essais restants : 2

Couramment, un chargeur « rapide » permet, avec une puissance d’environ \( 50\:\text{W} \), de recharger une batterie complètement déchargée en 30 minutes.

5. Déterminer, en wattheure (\( \text{Wh} \)), l’énergie nécessaire pour recharger la batterie en 30 minutes.
On donnera la réponse avec l’unité qui convient.

L’énergie électrique peut être produite par un panneau solaire. Une surface courante de panneau solaire est \( 2\:\text{m}^2 \). Un tel panneau est capable de produire en moyenne \( 350\:\text{kWh/an} \).

6. Déterminer la surface d’un panneau solaire nécessaire pour une famille de trois personnes qui rechargent chacun une fois par jour leur téléphone totalement déchargé.
On donnera la réponse arrondie au centième, en indiquant l’unité, le \( \text{m}^2 \).

Exercice 5 : Choix du matériau le plus léger, calcul de masse et lecture graphique

Un cycliste souhaite utiliser le vélo le plus léger possible parmi deux modèles à sa disposition.
L’un est en titane et l’autre en acier.
Les dimensions des deux modèles sont strictement identiques. Les volumes des tubes constituant les cadres sont les mêmes. Seuls les matériaux utilisés pour les cadres diffèrent.

Données
  • - Masse volumique du titane : \( 4,5\times 10^{3} \: kg / m^{3} \)
  • - Masse volumique de l'acier : \( 7,8\:g / cm^{3} \)
Quel est le modèle choisi par le cycliste ?
Déterminer la masse du cadre du vélo choisi sachant que son volume est de \( 242\:cm^{3} \).
On donnera un résultat arrondi à \( 0,1 \: kg \), suivi de l'unité qui convient.

La pression des pneus est une donnée importante pour augmenter les performances.
Le graphe ci-dessous donne la pression des pneus recommandée en fonction du poids du cycliste.


Données
  • - pour l’intensité de la pesanteur sur Terre, on prendra : \( g_{T} = 10 \: N/kg \)
Déterminer la valeur de la pression à appliquer aux pneus du vélo d’un cycliste dont la masse est de \( 55 \: kg \).
On donnera la réponse suivie de l'unité qui convient.
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