DS de physique-chimie n°1 - Académie d'Orléans-Tours

1 NOM : Seconde .. L'usage des calculatrices est autoris Date . DS de physique - chimie n 1. NOTE : Savoirs (S) APP ANA REA VAL COM AUT.. Ex. n 1 : Patience dans l'azur (Sur 6,5 pts.). La lumi re met norm ment de temps pour nous parvenir des toiles. Hubert Reeves nous explique pourquoi cela pr sente plut t un avantage. Nous savons aujourd'hui que, comme le son, la lumi re se propage une vitesse bien d termin e. En 1675, tudiant le mouvement des satellites de Jupiter, l'astronome danois R mer a mis en vidence certains comportements bizarres. Ces comportements s'expliquent si on admet que la lumi re met quelques dizaines de minutes pour nous arriver de Jupiter. Cela quivaut une vitesse d'environ trois cent mille kilom tres par seconde, un million de fois plus vite que le son dans l'air. Il faut bien reconna tre que, par rapport aux dimensions dont nous parlons maintenant, cette vitesse est plut t faible. l' chelle astronomique, la lumi re progresse pas de tortue. Les nouvelles qu'elle nous apporte ne sont plus fra ches du tout!

2 Pour nous, c'est plut t un avantage. Nous avons trouv la machine remonter le temps ! En regardant loin , nous regardons . La n buleuse d'Orion nous appara t telle qu'elle tait la fin de l'Empire romain, et la galaxie d'Androm de telle qu'elle tait au moment de l'apparition des premiers hommes, il y a deux millions d'ann es [..]. Certains quasars sont situ s douze milliards d'ann es de lumi re. La lumi re qui nous en arrive a voyag pendant , c'est- -dire quatre-vingts pour cent de l' ge de l'Univers .. C'est la jeunesse du monde que leur lumi re nous donne voir au terme de cet incroyable voyage. La n buleuse d'Orion, telle qu'elle tait la fin de l'Empire romain. Hubert Reeves, Patience dans l'azur. L' volution cosmique. ditions du Seuil, 1981, coll. Science ouverte, 1988. Vocabulaire : Quasar : galaxie tr s lointaine dont le noyau met une La galaxie d'Androm de, telle qu'elle tait au moment de l'apparition des premiers hommes. quantit d' nergie norme. Mobiliser ces connaissances 1. Compl tez les pointill s pr sents dans le texte.

3 (S /1). 2. Donnez la d finition de l'ann e de lumi re ( ) puis calculez la valeur d'une en kilom tre (en justifiant et d taillant les calculs). Vous exprimerez votre r sultat avec deux chiffres significatifs. (S /0,5 et ANA /0,5). Comprendre le texte 3. La n buleuse d'Orion, visible l' il nu comme une petite tache floue par une nuit sans Lune, est distante de 1 500 ann es de lumi re de la Terre. Relevez une phrase du texte qui traduit la m me id e ; vous la soulignerez en rouge. (APP / 0,5). 4. En utilisant le texte, donnez la valeur de la distance entre la Terre et la galaxie d'Androm de en (APP /0,5). Exploiter le texte 5. A partir des informations du texte, calculez la vitesse du son en (ANA /0,5). 6. a) Calculez la distance D, en kilom tres, qui nous s pare de la n buleuse d'Orion. (ANA /0,5). b) Donnez un ordre de grandeur de cette distance en m. (REA /0,5). 7. Commentez la derni re phrase du texte en expliquant pourquoi la faible vitesse de la lumi re l' chelle astronomique est plut t un avantage.

4 (VAL /1). 8. a) En 1974, un message radio a t envoy depuis le radiot lescope d'Arecibo ( le de Porto Rico) vers l'amas d'Hercule, groupe d' toiles situ 25 000 ann es de lumi re de la Terre. Les ondes radio se d placent la m me vitesse que la lumi re. En admettant que les hypoth tiques habitants de cet amas d' toiles r pondent d s r ception du message, dans combien de temps peut-on esp rer avoir des nouvelles ? (ANA /1). b) La lenteur de la lenteur de la lumi re l' chelle astronomique est-elle toujours un avantage comme le dit Hubert Reeves ? (VAL /0,5). Ex. n 2 : Spectroscopie (sur 3,5 pts.). Dans l'album Tintin et l' toile myst rieuse d'Herg , un bolide vient de passer pr s de la Terre. Hyppolyte Calys, le directeur de l'observatoire, montre un document Tintin : il s'agit d'un spectre obtenu lors de l'observation du bolide par le spectroscope. Dans le spectre apparaissent principalement 5 raies color es (repr sent es par les traits verticaux noirs sur le sch ma ci-dessous). D'autres raies, faiblement contrast es ne peuvent tre d tect es pr cis ment.

5 Une r gle gradu e permet de rep rer les raies. 400 500 600 700 800. 1. Indiquez si le spectre repr sent est continu ou discontinu. Justifier. (VAL /0,5). 2. Indiquez si le spectre repr sent est d' mission ou d'absorption. Justifier. (VAL /0,5). 3. A quelle grandeur correspondent les valeurs not es sur la r gle. Quelle en est l'unit ? (S /1). 4. Indiquez le domaine de la lumi re visible sur le spectre. (S /0,5). 5. Le tableau ci-dessous indique les principales raies de quelques l ments. D duisez-en la pr sence de deux l ments que vous identifierez dans la lumi re mise par le bolide. (VAL /1). Hydrog ne Cadmium Sodium H lium Fer 410 ; 434 ; 486 ; 656 468 ; 509 ; 644 589 414 ; 447 404 ; 430 ; 451 ; 605. Ex. n 3 : Qui a raison ? (sur 6 pts.). Jojo est en s ance de TP. Afin d' tudier la r fraction de la lumi re, il utilise le dispositif suivant (lampe avec cylindre sur plateau tournant) : 1. Jojo est un peu perdu. Aidez-le en annotant le sch ma avec les Lampe indications suivantes : normale, dioptre, rayon r fract , rayon incident, angle d'incidence i, angle de r fraction r.

6 (S /1). 2. Jojo ne comprend pas pourquoi le rayon traverse la partie courb e du demi-cylindre sans tre d vi . Expliquez-le lui. (ANA /0,5). 3. Jojo a r alis des mesures suivantes mais n'a pas compl t son tableau : i (degr s) 0 10 20 30 40 50 60 70. r (degr s) 0 7 13 19,5 25 31 35,5 39. sin i sin r Compl tez le tableau pour lui. (REA /1). 4. Construisez la repr sentation graphique des variations de sin i en fonction de sin r. (REA /1,5). 5. Interpr tez le graphique et d terminez la loi qui est ainsi v rifi e. (VAL /0,5). 6. Le demi-cylindre contient un liquide incolore et transparent. Jojo pense qu'il s'agit d'eau et son bin me Gigi pense qu'il s'agit de glyc rol. Qui a raison ? D taillez votre raisonnement. (VAL /1,5). Donn es : nair = 1 ; neau = 1,33 ; nglyc rol = 1,5. Ex. n 4 : A la piscine ! (sur 4 pts). Votre voisin d cide de creuser sa piscine et d'installer au fond un projecteur de fa on ce que le faisceau de lumi re qui en mane claire horizontalement la I air surface de l'eau.

7 Il ne sait pas comment faire. En physicien m rite, votre mission est d'expliquer votre voisin comment il doit orienter le projecteur pour obtenir cet effet. On rappelle que l'indice de r fraction eau de l'eau est n = 1,33 et que celui de l'air vaut 1. Pour ce faire, vous devez r pondre ? aux questions suivantes. 1. Analyser la situation. Quel ph nom ne se produit au point I ? (ANA /0,5). 2. Faire un sch ma de la situation en indiquant le rayon incident, le rayon r fract , le dioptre, la normale et les angles i et r. (REA /1). 3. En utilisant ce sch ma, d duire la valeur de l'angle de r fraction. (APP /0,5). 4. Quel angle faut-il calculer pour d terminer l'inclinaison du projecteur ? (ANA /0,5). 5. En utilisant la loi mise en vidence dans l'exercice 3, d terminer l'inclinaison du projecteur (d tailler le raisonnement ainsi que vos calculs). Exprimer votre r sultat avec 3 chiffres significatifs (ANA/1,5). Comp tences valu es dans ce devoir CE QU'EN PENSE. CE QUE J'EN PENSE. LE PROFESSEUR.

8 S : SAVOIR SON COURS. Conna tre le cours (d finitions, lois, formules ).. APP : S'APPROPRIER, S'INFORMER. Rechercher, extraire et organiser l'information utile partir d'une observation, d'un texte ou d'une repr sentation conventionnelle (tableau, sch ma, . graphique). ANA : ANALYSER (ADOPTER UNE DEMARCHE EXPLICATIVE). Mettre en uvre un raisonnement adapt pour r pondre un probl me pos .. Choisir et utiliser un mod le adapt .. REA : REALISER (FAIRE). R aliser un sch ma.. R aliser un graphique.. Appliquer une consigne de calcul.. VAL : VALIDER, INTERPRETER, CRITIQUER. Exploiter et interpr ter des observations, des mesures pour valider ou infirmer . une hypoth se. COM : COMMUNIQUER. Rendre compte de fa on crite (de mani re synth tique et structur e, en . utilisant un vocabulaire adapt , une langue correcte et pr cise). AUT : AUTONOMIE, SAVOIR ETRE. Soigner sa production.. Avoir son mat riel (feuille double, calculatrice, mat riel de trac ).. Correction du DS 1 S APP ANA REA VAL. Ex n 1 : 1.

9 Les pointill s remplacent : dans le pass et 12 milliards d'ann es . /1. 2. 1 (distance parcourue par la lumi re dans le vide en 1 an) = 3, 365,25 . /0,5 /0,5. 24 3600 = 9, km 3. La n buleuse d'Orion nous appara t telle qu'elle tait la fin de l'Empire romain. /0,5. 4. La galaxie d'Androm de telle qu'elle tait au moment de l'apparition des premiers /0,5. hommes, il y a deux millions d'ann es : elle est donc 2 millions d' 5. Vson = 300000 = 0,3 = 300 106 6,5 /0,5. 6. D = 9, 1500 = 1, km soit un ordre de grandeur de 1019 m /0,5 /0,5. 7. La faible vitesse de la lumi re l' chelle astronomique est plut t un avantage /1. car cela nous permet d'avoir des renseignements sur la naissance de l'Univers : on a des informations sur ce qu' tait l'Univers il y a des milliards d'ann es. 8. Le message mettra 25 000 ann es pour arriver l'amas. Il a t exp di il y a 2012 - 1974 = 38 ans, donc il lui reste encore 25 000 38 = 24 962 ans pour finir /0,5. l'aller, mais il lui faudra encore 25 000 ans pour faire le retour, donc il nous faut attendre encore 25 000 + 24 962 = 49 962 ans.

10 Soit environ 50 000 ans compte tenu de la pr cision avec laquelle est connue la distance l'amas (remarque non attendue des l ves). /0,5. C'est tr s long : la faible vitesse de la lumi re est donc ici un inconv nient ! Ex n 2 : 1. Ce spectre est discontinu car il contient des raies. /0,5. 2. Ce spectre est un spectre d' mission car les raies sont color es. /0,5. /1. 3. La r gle permet de rep rer la longueur d'onde en nanom tres (nm). 3,5 /0,5. 4. UV : avant 400 nm et IR : apr s 800 nm. 5. On retrouve l'h lium et le cadmium (m tal inconnu). /1. Ex n 3 : r Rayon incident 1. Sch ma : /1. Rayon r fract Lampe i 6. Dioptre Normale 2. Le rayon traverse la partie courb e sans tre d vi , parce que, s'agissant d'un rayon /0,5. passant par le centre du demi-cylindre, il arrive perpendiculairement au dioptre. 3. Tableau : i (degr s) 0 10 20 30 40 50 60 70. r (degr s) 0 7 13 19,5 25 31 35,5 39 /1. sin i 0 0,17 0,34 0,50 0,64 0,77 0,87 0,94. sin r 0 0,12 0,22 0,33 0,42 0,51 0,58 0,63. 4. Repr sentation graphique : /1,5.