DNB 2018Centres étrangersCorrigé complet

Gyropode : mouvement, batterie lithium, autonomie

Durée conseillée : 30 min25 points sur 50 à l'épreuve de Sciences11 questions

Notions BO couvertes

T1.3·Atomes/molécules/ions/modèles T2.1·Vitesse v=d/t, trajectoire, mouvement uniforme/varié T3.1·Sources, conversions, formes d'énergie, chaîne énergétique T3.2·Bilan énergétique, rendement T3.5·Énergie électrique E=Pt (kWh, conversions)

PDF du sujet officiel

Le gyropode est un véhicule monoplace, électrique, sur 2 roues. Peu encombrant, silencieux, il ne produit aucun gaz à effet de serre lors de son utilisation.

1.Partie 1, Mouvement du gyropode (7 pts)

Chronophotographie d'un gyropode : la poignée apparaît à intervalles de temps égaux, positions régulièrement espacées — Chronophotographie du conducteur, positions successives de la poignée à intervalles de temps égaux.

Question 1.1

3 pts

T2.1

En s'appuyant sur la chronophotographie ci-dessus, justifier que la vitesse de déplacement de la poignée du gyropode est constante.

Question 1.2

4 pts

T2.1

Caractériser le mouvement de la poignée parmi : circulaire / rectiligne / uniforme / ralenti / accéléré. Justifier.

2.Partie 2, La batterie (8 pts)

La batterie utilise un métal (Z = 3) et un oxyde métallique contenant de l'oxygène (Z = 8).

Extrait de la classification périodique avec Lithium Li (Z=3) et autres éléments — Document 1, Classification périodique des éléments.

Question 2.1

2 pts

T1.3

Donner le nom et le symbole de l'élément métallique de la batterie (Z = 3).

Question 2.2

3 pts

T1.3

Choisir parmi les 3 modèles celui correspondant à l'atome Z = 3. Justifier et éliminer les autres.

Trois modèles de répartition des charges. Modèle 1 : un noyau en pointillés contenant trois signes plus, et deux signes moins à l'extérieur. Modèle 2 : un noyau contenant deux signes moins, et trois signes plus à l'extérieur. Modèle 3 : un noyau contenant trois signes plus, et trois signes moins à l'extérieur. Légende : le signe moins représente un électron, le signe plus un proton. — 3 propositions de modèles atomiques.

Question 2.3

2 pts

T3.1

Nommer les formes d'énergie 1 et 2 du diagramme de conversion d'énergie ci-dessous, en choisissant parmi les termes suivants : cinétique / chimique / thermique / électrique.

Diagramme de conversion d'énergie : une flèche notée Energie 1 entre dans un cercle nommé Batterie, une flèche notée Energie 2 en sort vers un ovale nommé Moteur, et une troisième flèche descend du cercle sous la mention Energie dissipée — Diagramme de conversion d'énergie de la batterie vers le moteur.

Question 2.4

1 pt

T3.2

Nommer la forme d'énergie correspondant à l'énergie dissipée.

3.Partie 3, Autonomie du gyropode (10 pts)

On étudie l'autonomie du gyropode à deux vitesses de déplacement. La batterie chargée en totalité peut fournir une énergie totale E = 680 Wh.

Document 2 : puissance développée par le moteur en fonction de la vitesse de déplacement du gyropode. En ordonnée, la puissance en watts de 50 à 350 ; en abscisse, la vitesse en km/h de 5 à 25. La courbe est croissante et de plus en plus raide ; un quadrillage fin permet la lecture graphique.

Question 3.1.1

2 pts

T3.5

À l'aide du document 2, déterminer la valeur de la puissance P développée par le moteur lorsque le gyropode se déplace à une vitesse de 12 km/h.

Question 3.1.2

1 pt

T3.5

Citer la relation liant l'énergie E, la puissance P et la durée t.

Question 3.1.3

3 pts

T3.5

En utilisant les résultats des deux questions précédentes, montrer qu'en se déplaçant à une vitesse moyenne de 12 km/h, la batterie peut alimenter le moteur du gyropode pendant une durée maximale d'environ 6 heures.

Question 3.1.4

2 pts

T2.1

En déduire la distance que pourra parcourir le citadin à cette vitesse de 12 km/h, à bord de son gyropode, sans avoir à recharger la batterie.

Question 3.2

2 pts

T3.5

Pour une valeur de la vitesse de 24 km/h, préciser si la distance que pourrait parcourir le citadin serait supérieure, égale ou inférieure à celle parcourue à 12 km/h. Justifier la réponse.

Méthodologie

Chaque corrigé suit une méthodologie de rédaction rigoureuse, avec formule littérale annoncée, étapes de calcul détaillées et phrase de conclusion explicite. Idéal pour s'entraîner à rédiger comme attendu au DNB.