Aurélie 08/03

devoir de révision seconde


mesures de longueurs, diffraction, diamètre apparent, réfraction, mouvement, spectres



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 mesures de longueurs
  1. Vrai ou faux (justifier)
    a) Entre le noyau atomique et le nuage électronique, il y a de l’air.
    b) Toutes les planètes du système solaire tournent autour du soleil
    c) Dans la galaxie, la matière est répartie uniformément
    d) La hauteur d’une salle de classe est du même ordre de grandeur que la taille d’un élève.
  2. Faire une phrase scientifiquement correcte en employant à la fois les expressions système solaire et atomes.
  3. Ecrire sous la forme scientifique les nombres suivants :
    0,0000568 ; 5 789 000 ; 7 cent-millièmes ; 26 millions ; 5,4438
    Combien de chiffres significatifs comportent les nombres précédents ?
  4. La mesure du rayon terrestre a été refaite le 27 mai 1983 entre Port de Bouc (au sud-est de la France, département des Bouches-du Rhône) et Bar le Duc (au nord-est, département de la Meuse). Ces 2 villes sont sensiblement sur le même méridien. Un piquet a été planté verticalement dans chacune de ces villes. Les mesures de la taille des ombres sont faites en même temps.

    taille du piquet
    taille de l'ombre
    A = Port de Bouc
    200 cm
    101,5 cm
    B = Bar le Duc
    254 cm
    102,2 cm
    Sur la carte Michelin n°989 (1cm /10 km) ; AB = 58,8 cm
    - Que signifie le mot « verticalement » ?
    - Quelle propriété de la lumière solaire utilise-t-on pour construire le raisonnement ? Enoncer ce principe. Quelle hypothèse doit-on faire sur la distance Terre-Soleil ?
    - Sur une projection de la Terre, faire un schéma de l’expérience sans respecter les échelles.
    -Mettre en évidence sur le schéma les angles semblables avec des couleurs identiques.
    - On nomme O le centre de la Terre, évaluer l’angle AÔB
    - En déduire la mesure de la circonférence de la Terre.

 


corrigé
autour du noyau il n'y a pas d'air ( molécules N2 et O2) mais le vide dans lequel gravitent un ou des électron(s)

(b) est vraie ; (c) est faux ;(d) est vraie : ordre de grandeur de quelques mètres.

de l'infiniment grand ( système solaire) à l'infiniment petit ( l'atome) par rapport à l'échelle humaine.

0,0000568 : 5,68 10-5 ; trois chiffres significatifs ;

5 789 000 : 5,789 106 ;quatre chiffres significatifs ;

7 cent-millièmes : 700 / 1000 = 0,7 = 7 10-1 : un chiffre significatif ;

26 millions = 26 106 = 2,6 107 ; deux chiffres significatifs ;

5,4438 : cinq chiffres significatifs


verticalement : perpendiculaire au sol horizontal

Dans un milieu homogène et transparent la lumière se propage en ligne droite, exception faite du phénomène de diffraction.

Les rayons solaires en A et B sont parallèles car il proviennent d'une source très éloignée.

d + b = a angles ayant le même supplément

dans le triangle AKD : tan a = AK / AD = 101,5 / 200 = 0,507 d'où a = 26,90 °.

dans le triangle HEB : tan b = HB / BE = 102,2 / 254 = 0,402 d'où b = 21,92 °.
d = 26,90-21,92 = .

5 degrés correspondent à AB= 588 km

360° correspondent à la circonférence : 588*360/5 = 42 200 km.




Vitesse de la lumière – Année lumière , diffraction
  1. Donner la définition d'une année-lumière. Calculer sa valeur dans l'unité du système international
  2. L'étoile la plus proche après le Soleil, Proxima de la constellation du Centaure, est à 4,3 années lumières de la Terre. Combien de temps la lumière qu'elle émet met-elle à nous parvenir?
  3. La lumière émise par une galaxie met 4 millions d'années à nous parvenir. A quelle distance de la Terre cette galaxie se trouve-t-elle ? On pourra exprimer le résultat dans n'importe quelle unité cohérente.
  4. Pour mesurer la distance Terre-Lune, on utilise un laser à impulsion placé sur Terre et dirigé vers la Lune. La lumière émise se propage jusqu’à un réflecteur placé sur la Lune et revient jusqu’à la station émettrice en 2,56 s (durée écoulée entre l’émission et la réception du signal). Faire un schéma de l’expérience. En déduire la distance Terre-Lune.

Diffraction

  1. Décrire une expérience mettant en évidence le phénomène de diffraction de la lumière. On réalise un tel montage et on mesure la largeur L de la tache centrale de diffraction obtenue à partir de fils calibrés de diamètres d.. Les résultats sont les suivants :
    L(cm)
    3,9
    3,2
    1,6
    1,4
    0,6
    0,4
    D(mm)
    0,037
    0,05
    0,1
    0,12
    0,28
    0,4
    - Construire la courbe d’étalonnage.
    - On place un cheveu à la place des fils, on observe un tache de largeur centrale égale à 2,5 cm. Quelle est l’épaisseur du cheveu ?

corrigé
L'année de lumière (a.l) est la distance parcourue en une année par la lumière dans le vide.

3 108 * 365*24*3600 = 9,46 1015 m = 9,46 1012 km.

La lumière émise par Proxima met 4,3 années pour parvenir sur terre.

La galaxie se trouve à 4 millions d'années de lumière.

2 distance terre lune ( aller + retour - menu) = 3 108 * 2,56= 7,68 108 m

distance terre lune : 7,68 108 /2 = 3,84 108 m = 3,84 105 km.


On utilise un laser produisant une lumière de longueur d'onde l, placé devant une fente( ou devant un fil suffisamment fin) de largeur a, du même ordre de grandeur que l, On observe sur un écran E placé à une distance D de la fente, une figure constituée de taches lumineuses. On mesure la largeur de la tache centrale.



 diamètre apparent, distance :
  1. Qu’appelle-t-on « diamètre apparent » d’un objet ? Faire un schéma explicite.
    - Un soir de pleine Lune, deux amis veulent déterminer le diamètre apparent de la Lune. L’un d’eux trouve au fond de sa poche une pièce de 10 centimes (de 2 cm de diamètre), il la maintient sur la tranche entre son pouce et son index à la hauteur de l’œil de son camarade qui doit alors s’éloigner de 2,3 m pour occulter totalement la Lune derrière la pièce.
    -Faire un schéma annoté, et détailler les calculs permettant de déterminer le diamètre apparent de la Lune.
    - Sachant que la distance Terre – Lune est de 3,8.105 km, en déduire diamètre de la Lune.
    - A propos, proposer une méthode pour déterminer la distance Terre-Lune ?
  2. Pour évaluer la distance L séparant une île du rivage, l’un de nos deux amis réalise les mesures suivantes : Il plante deux piquets en A et B distants de 80 m sur le rivage. Puis il s’éloigne perpendiculairement au rivage de 150 m. A cette distance, il plante parallèlement au rivage 2 autres piquets C et D de telle sorte que par visée, C, A et l’île soient alignés, de même que D, B et l’île. La distance séparant C et D est de 86 m

Voici un schéma en perspective de la situation. Indiquer sur le schéma les dimensions connues.

- Faire un schéma vu de dessus. Placer les dimensions connues et la dimension L cherchée.
-Donner, en justifiant, l’expression littérale permettant de calculer L à partir des données
Calculer L


corrigé

a : diamètre apparent

diamètre apparent de la lune : 0,02 / 2,3 = 8,7 10-3 rad.

diamètre de la Lune :8,7 10-3 *3,8.105 =3306 km.

Connaissant le diamètre apparent de la Lune et le diamètre de la Lune, on peut alors trouver la distance Terre Lune.


86 L= 80L+80*150 d'où : 6L=12000 et L= 2000 m.



réfraction :
  1. Qu’appelle-t-on phénomène de réfraction ? Quelle observation de la vie courante attribue-t-on à ce phénomène ?
  2. M. Hulot est en vacances au bord de la mer. Il marche tranquillement dans l'eau peu profonde lorsque tout à coup, il remarque qu’il est sur le point de poser le pied sur un oursin. "Heureusement, pense-t-il, je l'ai vu à temps pour l'éviter". Mais au moment où il pose le pied sur ce qu’il croit être le sable, il ne peut retenir un cri de douleur. Il a bel et bien marché sur l'oursin : la réfraction de la lumière a dévié l’image qu’il avait de l’oursin. On a représenté un rayon lumineux issu de l’oursin qui va parvenir jusqu’à l’œil de M.Hulot.
    - Tracer, sans faire aucun calcul, un cheminement possible de ce rayon hors de l’eau.
    - Le rayon représenté fait un angle d’incidence de 20°. Placer cet angle sur la figure.
    - Définir l’indice de réfraction d’un milieu transparent. Quel est l’indice du milieu 1 ?
    - Calculer l’angle de réfraction, lors de ce changement de milieu.
    -Compléter le schéma et expliquer pourquoi Mr Hulot a marché sur l'oursin
    Donnée : n air = 1 ; n eau = 1,33

 


corrigé
Lorsque la lumière traverse la surface de deux milieus transparents différents, elle subit un changement de direction: c'est le phénomène de réfraction

indice de réfraction, noté n, supérieur à 1 : rapport entre la vitesse de la lumière dans le vide ( 3 108 m/s) et la vitesse de la lumière dans le milieu transparent.

n1 sin i1 = n2 sin i2 ( loi de Descartes pour la réfraction)

1,33 sin 20 = 1 sin i2 soit sin i2 =0,455 et i2 = 27°.



Mouvement, spectres
  1. Qu’est-ce qu’un référentiel ?
    - Comment comprenez-vous la proposition suivante : «Je peux marcher tout en restant au même endroit dans un référentiel terrestre» ?
    -Un professeur demande aux élèves d’imaginer une situation illustrant cette proposition. Un élève répond : « on peut imaginer deux amis A et B marchant côte à côte à la même vitesse : pour B, A marche mais est immobile ». Commentez son idée, correspond-elle à la proposition ?
  2. On a obtenu les spectres suivants :
    a- spectre présentant toutes les couleurs du violet au rouge
    b- spectre présentant toutes les couleurs du bleu au rouge
    c- spectre présentant sur fond noir : une raie violette, deux raies bleues, une raie rouge
    d- spectre présentant des bandes noires dans le violet et dans le rouge
    e- spectre s’étalant du rouge au violet mais avec des raies noires dans le violet, le bleu et le rouge
    à partir des lumières suivantes :
    a - lumière émise par une ampoule contenant du cadmium chauffé sous basse pression
    b - lumière transmise par une ampoule contenant du cadmium sous basse pression et éclairé en lumière blanche
    c -lumière transmise par un sirop de menthe éclairé en lumière blanche
    d -lumière émise par une lampe à incandescence ordinaire à 2600 °C
    e -lumière émise par une lampe halogène à 3200 °C

Attribuer chaque spectre à chaque lumière. Qualifier, en justifiant, le spectre (continu, de raies, de bandes, d’émission, d’absorption)


corrigé
référentiel : objet par rapport auquel on étudie un mouvement. Tout solide lié à la terre est un référentiel terrestre.

référentiel : la route sur laquelle marchent A et B ; dans ce référentiel A et B sont en mouvement.

référentiel B : dans ce référentiel, A, marchant à la même vitesse que B et dans le même sens,

paraît immobile à l'observateur B.


lumière émise par une ampoule contenant du cadmium chauffé sous basse pression : spectre de raies d'émission présentant sur fond noir : une raie violette, deux raies bleues, une raie rouge


lumière transmise par une ampoule contenant du cadmium sous basse pression et éclairé en lumière blanche : spectre de raies d'absorption s’étalant du rouge au violet mais avec des raies noires dans le violet, le bleu et le rouge.


lumière transmise par un sirop de menthe éclairé en lumière blanche : spectre de bandes d'absorption présentant des bandes noires dans le violet et dans le rouge.

lumière émise par une lampe à incandescence ordinaire à 2600 °C : spectre continu d'émission présentant toutes les couleurs du violet au rouge
lumière émise par une lampe halogène à 3200 °C : spectre continu d'émission présentant toutes les couleurs du bleu au rouge ( température de la source plus élevée, donc la limière est décalée vers le bleu)





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à suivre ...