Aurélie 16/02/12
 

 

   QCM Radioactivité, onde lumineuse, ultrasons, optique : concours orthoptie Paris 2009.



 

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Activité d'une substance radioactive.
Une substance radioactive contient de l'iode 131 de demi-vie T = 8 j et du césium 137 de demi-vie T' = 30 ans. A la date t=0 la part de l'activité de l'iode 131 est 200 kBq et celle due au césium de 50 kBq.

Quelle sera l'activité ( kBq) de cette substance dans 30 jours ?  10 ; 50 ; 65 ; 80 ; autre.
L'activité du césium est quasiment inchangée ( 30 jours est très inférieure à 30 ans ).
L'activité de l'iode 131  est de l'ordre de  : 30 / 8  = 3,75 ; A / A0 = 2 -t/T  = 2-3,75 ~ 0,074 ; A ~ 15 kBq
15 +50 = 65 kBq.
Quelle sera l'activité ( kBq) de cette substance dans 60 ans ? 0 ; 1250 ; 10 ; 12,5 ; autre.
60 ans = 2 T'. L'activité du césium est divisée par 22 = 4 soit 50 / 4 = 12,5 kBq.
L'activité de l'iode 131est nulle.
( 60 ans est très supérieure à 8 jours ).
Emetteur ß-.
Le sodium 2411Na est émetteur ß-, de demi-vie T = 15 h. Pour que le débit de l'émission initiale soit équivalent à un courant électrique de 0,10 mA, la masse initiale de sodium doit être égale à :
2,3 mg ; 1,9 10-3 g ; 3,0 g ; 0,003 g ; autre.
" débit initial" : nombre d'électrons, noté n, émis initialement en une seconde , ou nombre de désintégrations par seconde ou activité A ( Bq).
i = q / t avec t = 1 s ; q = n e = 1,6 10-19 n, d'où n = 10-4 / (1,6 10-19) =6,25 1014.
Constante radioactive l = ln2 / T = 0,693 / (15+3600) =1,283 10-5 s-1.
A = l N ; N = A / l =
6,25 1014 / 1,283 10-5  =4,87 1019 atomes de sodium 24 initiaux.
4,87 1019 / 6,02 1023 ~8,1 10-5 mol.
Masse de sodium 24 : 8,1 10-5 M(Na) =8,1 10-5 *24 ~1,9 10-3 g.
Médecine nucléaire.
Les traceurs utilisés en médecine nucléaire répondent aux critères suivants :
demi-vie longue ( faux) ; effets somatiques (faux) ;
énergies élevées  (faux) ; (
100 keV assez énergétique pour traverser les tissus vivants, mais assez faible pour pouvoir être détectée commodément ).
 combinés à un vecteur ( vrai) ;
doses absorbées par les patients de l'ordre du kGy. (faux)
 par exemple 50 Gy pour le traitement du cancer du sein.

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Unités.
Avec les unités de base du système international ( m, kg, A, s ), l'unité équivalente du joule est :
kg m-1 s-2 ; kg m s-1 ;
kg m s-2 ; kg m2 s-1 ; kg m2 s-2 .
Un travail s'exprime en joule ; un travail est une force (N) fois un déplacement ( mètre ).
Force = masse  fois accélération soit kg m s-2 ;  une force fois un déplacement s'exprime en :
kg m2 s-2 .
Pour le volt, l'unité équivalente est : kg m2 s-3 A-1 kg m2 s-1 A-1 kg m-1 s-3 A kg m2 s-2 A ; kg m s-1 A-1.
Energie ( J) = tension ( V) fois intensité (A) fois temps (s) ; volt : joule A-1 s-1 soit : kg m2 s-3 A-1.




Laser.
Un laser He-Ne émet dans le vide une radiation de longueur d'onde l = 633 nm. Choisir les bonnes affirmations.
A) La couleur de la lumière émise est bleu ( faux) . Rouge.
B) Sa fréquence dans l'air est 5,00 1013 Hz. ( faux) . 3 108 / 633 10-9 = 4,7 1014 Hz.
C) Sa fréquence est de l'ordre de 4,7 1014 Hz dans un verre d'indice de réfraction n = 1,4. (vrai ). La valeur est exacte, la fréquence en dépend pas du milieu de propagation.
D) La célérité dans le verre est de l'ordre de 2,1 108 m/s. (vrai ). c/ n = 3 108 / 1,4 =2,1 108 m/s.
E) La période de l'onde dépend du milieu de propagation (faux). La période, inverse de la fréquence, en dépend pas du milieu de propagation.
Longueur d'onde.
A) deux points du milieu de propagation séparés par un nombre impair de longueur d'onde sont en opposition de phase. ( faux) (séparés par un nombre impair de demi-longueur d'onde).
B) Si on double la fréquence la valeur de l est divisée par deux. (vrai ). l = c / f ; si c est constant, alors si la fréquence double, la longueur d'onde est divisée par deux.
C) Elle peut être mesurée directement sur l'écran de l'oscilloscope. (faux). Sur cet écran on peut déterminer directement la période temporelle T.
D) Elle correspond à la distance qui sépare deux creux consécutifs sur une cuve à onde. (vrai ).
E) La valeur de l est indépendante du milieu de propagation.( faux ).
Lumière blanche.
A) Les longueurs d'onde du visible sont comprises entre 400 µm et 800 µm. ( faux ). 400 nm à 800 nm ou 0,4 µm et 0,8 µm.
B) Elle peut être décomposée par un prisme, car les fréquences sont modifiées lors de la traversée. (faux). ( car la célérité dépend de la fréquence ).
C) Elle subit le phénomène de réfraction à la traversée d'un réseau. (faux). ( phénomène de diffraction ).
D) Elle se déplace 1,5 fois moins vite dans un milieu d'indice n = 1,5 que dans le vide. (vrai ).
E) Elle résulte de la superposition d'un champ électrique et d'un champ gravitationnel ( faux ). ( d'un champ électrique et d'un champ magnétique ).
Lumière jaune.
Un faisceau de lumière jaune se propage initialement dans le vide, où il possède la longueur d'onde l = 0,590 µm. Il pénètre dans l'eau d'indice n = 1,33 sous incidence nulle.
A) La fréquence de la radiation est f = 8 1014 Hz dans l'air.( faux) ;  f = c / l = 3 108 / (0,59 10-6) =5,1 1014 Hz.
B) Aucune réponse juste. (vrai ).
C) Dans l'eau sa longueur d'onde vaut 750 nm. (faux) 0,589 / 1,33 = 0,444 µm.
D) L'énergie du photon correspondant à cette radiation est 3,36 10-20 J. ( faux )  E = h n =6,63 10-34 * 5,1 1014 =3,37 10-19 J.
E) Si l'incidennce n'est pas nulle, à la traversée du dioptre, la lumière subit le phénomène de diffraction (faux) . Réfraction.





Ultrasons.
A) L'absorption des ultrasons est plus importante dans les muscles que dans les tissus contenant de l'air. ( faux). Le coefficient d'absorption dans les muscles vaut 1,5 et est égal à 20 pour les poumons.
B) Dans un milieu donnée l'absorption diminue avec la fréquence. ( faux ). L'absorption  augmente avec la fréquence.
C) La célérité des ultrasons dans l'air augmente avec leur fréquence. ( faux).
D) Si la fréquence utilisée est f = 80 kHz alors la distance minimale dAB qui sépare deux points du milieu, vibrant en phase est égale à 0,017 m. (faux).
Deux points vibrant en phase sont séparés par un nombre entier de longueur d'onde ; si la distance dAB est minimale, cette distance est la longueur d'onde l.
l = v / f = 340 / 8 104 = 4,25 10-3 m dans l'air  sec.
E) Dans l'air la célérité des ultrasons ne dépend ni de la température, ni de la pression du moment. (faux ).
Système optique.
Sur un banc d'optique de longueur L = 1,5 m on place dans l'ordre un objet réel, une lentille conergente de vergence v = 2 dioptries et un écran.
A) On pourra observer l'image de l'objet sur l'écran, elle sera forcément plus petite que l'objet. ( faux). Le banc est trop court par rapport  la distance focale 1/V =0,5 m.
B) L'image de l'objet sera virtuelle et renversée. (faux). Si l'image est virtuelle elle est droite ; fonctionnement en loupe.
C) On pourra observer l'image de l'objet sur l'écran, son grandissement sera supérieur à 1. (faux).
D) On ne pourra pas observer l'image de l'objet sur l'écran. (vrai ).
E) La taille de l'image de l'objet sur l'écran dépend des positions relatives objet réel / écran. (vrai ).





Une grenouille se trouve initialement à 40 cm devant une lentille convergente de vergence V = 5,0 dioptries. Elle saute en arrière et se retrouve finalement à 1,0 m de la lentille.
A) L'image initiale de la grenouille est réelle et son grandissement est égal à 1. ( faux) . Image de même taille que l'objet, mais renversée : grandissement = -1.
B) L'image finale de la grenouille est renversée, plus grande que l'objet.
C) Après le saut, l'image s'est déplacée vers la droite de 25 cm à 40 cm. ( faux ). ( déplacement vers la gauche  de 40 cm à 25 cm).
D) Au cours du saut, l'image s'est déplacée de 40 cm à 20 cm.( faux ).
E) Aucune réponse n'est correcte . (vrai ).




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