I. La réfraction (7 points)

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NOM : ................................................
Prénom : ................................................
Classe : 2nde 2
Le 14/11/2013
Devoir n°2 (1h30min) - Calculatrice autorisée
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I. La réfraction (7 points)
 Un rayon de lumière rouge (en noir sur le schéma) issu d’une source laser et se propageant dans l’air, arrive sur la
face plane d’un demi-cylindre de plexiglas.
1. Répondre à l’aide du schéma ci-dessous
1.1. Comment se nomme le rayon noté 1 ? ................................................ ................................................
1.2. Comment se nomme le rayon noté 2 ? ................................................ ................................................
1.3. Comment se nomme le rayon noté 3 ? ................................................ ................................................
1.4. Quel est le rayon caractéristique de la réfraction ? ................................................
1.5. Quel est le rayon caractéristique de la réflexion ? ................................................
1.6. Indiquer sur le schéma, par un trait vert, la ligne (ou surface) de séparation entre l’air et le plexiglas.
1.7. Indiquer, par un trait bleu, sur le schéma la normale à la ligne (ou surface) de séparation
1.8. Repérer sur le schéma l’angle d’incidence noté i1. Donner sa valeur i1 au degré près : i1 = ............
1.9. Repérer sur le schéma l’angle de réfraction noté i2. Donner sa valeur i2 au degré près : i2 = ............
2. Indice de réfraction
 L’indice de réfraction d’un milieu transparent dépend de la vitesse dans le milieu selon la relation : nmilieu =
Error!
avec v vitesse de la lumière dans le milieu et c vitesse de la lumière dans le vide.
 Données : vitesse de la lumière dans le vide ou dans l’air : c = 3,00  108 m.s-1
2.1. Calculer la valeur de l’indice de l’air nair. Justifier votre réponse.
2.2. Si l’indice du milieu est nmilieu =1,33, quelle est la vitesse v de la lumière dans ce milieu ?
1
2
3
plexiglas
air

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3. 3ème loi de Snell-Descartes
3.1. Cocher la relation mathématique correspondant à l’expression de la 3ème loi de Descartes dans ce cas de
figure.
nair  sin(54°) = nplexi  sin(67°)
nair  sin(36°) = nplexi  sin(23°)
nair  sin(23°) = nplexi  sin(36°)
nair  sin(67°) = nplexi  sin(54°)
3.2. Déterminer l’indice de réfraction nplexi du plexiglas. Détailler votre calcul.
 On fait maintenant tourner le disque gradué de façon à ce que le rayon arrive sur la face plane du demi-cylindre
avec un angle d’incidence de 54°.
3.3. Utiliser la 3ème loi de Descartes pour calculer l’angle de réfraction (à 1° près). Détailler votre raisonnement et
vos calculs. (Si vous n’avez pas la valeur de l’indice de réfraction nplexi du plexiglas, prendre nplexi = 1,33).
II. Les longueurs et leur écriture (3 points)
1. Indiquer la (ou les) bonne(s) réponse(s) en cochant la case correspondante
1.1. Un atome a pour diamètre moyen 0,000 000 000 1 m soit :
10-9 m
10-11 m
10-10 m
10-14 m
1011 m
1010 m
1.2. Notre galaxie fait 946 000 000 000 000 000 km de long ce qui représente :
9,461015 km
9,461014 m
9,461017 km
9,4610-14 km
9,461017 m
9,461020 m
1.3. Le rayon de la Terre fait 6 400 000 m soit :
6,4  102 m
6,4  102 km
6,4  103 m
6,4  103 km
6,4  106 km
6,4  106 m
2. Compléter le tableau suivant :
Longueurs L
12µm
15,5 km
0,56 cm
0,75 mm
longueur L
convertie en m
Notation scientifique
de L en m

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III. Atome et structure électronique (3 points)
 On donne le numéro atomique des atomes suivants : aluminium, Al (Z = 13) ; Néon, Ne (Z = 10)
1) Que représente la lettre Z pour le noyau de l’atome ?
...............................................................................................................................................................
2) Combien d'électrons possède chaque atome ? Justifier.
...............................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................
3) Etablir la structure électronique de chaque atome dans son état fondamental. Justifier votre réponse.
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...............................................................................................................................................................
4) Déterminer le nombre d'électrons sur la couche externe pour chaque atome.
...............................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................
5) L’un des atomes est susceptible de former un ion. Lequel ? Quel est alors cet ion ? Justifier votre réponse.
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IV. Qu’est-ce qu’un ion ? (5 points)
 C’est le chimiste suédois Svante August Arrhenius qui fut le premier, vers 1880, à découvrir que certaines
substances en solution se trouvent sous la forme d’ions et non de molécules.
1) Compléter : Un ion est un atome qui a ...................... ou .................... un (ou plusieurs) électron(s).
 On extrait le sel de cuisine dans les marais salants et les mines de sel. On peut le fabriquer artificiellement au
laboratoire : on fait réagir le métal sodium Na avec le gaz dichlore Cl2 (la réaction est violente !). Il se forme à la
fin de la transformation du chlorure de sodium : c’est un solide constitué d’ions sodium Na+ et d’ions chlorure Cl-.
2) Compléter le tableau suivant et les questions 3) et 4) avec les mots qui conviennent parmi cette liste :
négatifs ; chlorure ; perdu ; sodium ; gagné ; chlore ; Na+ ; Cl - ; positifs ; e- (certains mots peuvent être utilisés
plusieurs fois)
Formation des ions ..........................
Formation des ions .............................
 Les atomes Na se transforment en ions ............
 Les ions ............ sont des atomes de ........................
qui ont ............ un électron
 Ce qui s’écrit : Na  ............ + ............
 Les atomes Cl se transforment en ions ............
 Les ions ............ sont des atomes de ......................
qui ont ............ un électron
 Ce qui s’écrit : Cl + ............  ............
3) Compléter : L’électron gagné par l’atome de ..................................... a été donné par l’atome de
........................................
4) Compléter : Pour que la matière reste électriquement neutre, des ions .......................................... sont toujours
associés à des ions ..........................................

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5) Comment mémoriser de façon simple cation et anion ? Définir alors un cation.
6) Compléter le tableau suivant :
Atome
structure électronique
de l’atome
structure électronique
de l’ion
même structure
électronique que
Symbole
de l’ion
Ex : Li
K(2)L(1)
perd un e–
K(2)
He
Li+
F
K(2)L(7)
............
............
Ne
............
Mg
K(2)L(8)M(2)
............
............
Ne
............
V. Identifications des ions (2 points)
 Indications : Identification des ions en solution :
Ion
ion chlorure Cl-
ion sulfate SO42-
ion cuivre II Cu2+
ion fer II Fe2+
ion fer III Fe3+
Réactif
solution de
nitrate d’argent
solution de chlorure
de baryum
solution de soude ou solution d’hydroxyde de sodium
Couleur
du précipité
blanc (qui noircit à
la lumière du soleil)
blanc
bleu
vert
rouille
 Rédiger soigneusement un protocole permettant de mettre en évidence les ions contenus dans une solution de
chlorure de fer III. Faire des schémas légendés.