Optique et Physico Chimie

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BACCALAUREAT TECHNOLOGIQUE
Session 2003
Épreuve :
OPTIQUE et PHYSICO-CHIMIE
Partie Théorique
Série
SCIENCES ET TECHNOLOGIE DE LABORATOIRE
PHYSIQUE DE LABORATOIRE ET
DE PROCÉDÉS INDUSTRIELS
Durée de l'épreuve : 3 heures coefficient : 5
L'usage de la calculatrice est autorisé.
Le sujet comporte 4 pages.
PHYSICO-CHIMIE (4 points) page 2
OPTIQUE (16 points) pages 2 à 4

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PHYSICO-CHIMIE
(4 points)
LA MOLÉCULE D’EAU
1 - Donner la configuration électronique de l’atome d’hydrogène
1
H et de l’atome d’oxygène
8
O .
2 - En déduire la place occupée par ces deux éléments dans la classification périodique des éléments.
Justifier.
3 - a) Expliquer la formation de la molécule d’eau à partir des cases quantiques.
b) Préciser la nature des liaisons chimiques dans cette molécule.
c) Faire un schéma légendé précisant la structure géométrique de la molécule (aucune valeur
numérique n’est demandée).
4 - La longueur d’onde des photons permettant de séparer un atome d’oxygène d’un atome
d’hydrogène dans la molécule d’eau est de 259 nm.
a) Calculer l’énergie de ces photons en joules et en électron-volts.
b) En déduire l’énergie de la liaison O H en kJ.mol
−1
.
Données
Constante de Planck : h = 6,63 × 10
– 34
J.s.
Célérité de la lumière dans le vide : c = 3 × 10
8
m.s
–1
.
1 eV = 1,6 × 10
–19
J.
Constante d’Avogadro : N = 6,02 × 10
23
mol
−1
.
OPTIQUE
(16 points)
Les parties I, II et IV sont indépendantes
Un client biologiste vous demande de lui expliquer la notice du microscope qu’il vient d’acquérir.
Dans le descriptif, vous notez que le coffret contient :
- 3 objectifs achromatiques de grandissement transversal γ
ob
et d’ouverture numérique O.N.
Objectifs
Grandissement ouverture numérique
× 5 0.10
× 10 0.25
× 40 0.65
- 3 oculaires de Ramsden.
L’intervalle optique ∆ = F′
ob
F
oc
= 160 mm et le diaphragme d’ouverture D.O. de l’instrument est en F′
ob
.

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Dans tout l’exercice, on supposera que le client est emmétrope et n’accommode pas.
objectif
A F′
ob
Oculaire œil
Pupille d’entrée D.O.
Partie I - ÉTUDE DES OCULAIRES
Les trois oculaires peuvent servir de loupe pour examiner un texte dont les lettres font AB = 0,7 mm de
hauteur moyenne.
1 - Déterminer sous quel angle α ces lettres seront vues à l’œil nu si on se place à D = 25 cm de la
feuille. Faire un schéma explicatif.
2 - a) Le client est emmétrope. Il cherche à observer le texte à travers chaque oculaire sans
accommoder : où doit-il placer le texte ?
b) Les trois oculaires ont pour distances focales :
• (f′
oc
)
1
= 17 mm pour le premier,
• (f′
oc
)
2
= 25 mm pour le deuxième,
• (f′
oc
)
3
= 50 mm pour le troisième.
Avec lequel des oculaires le texte paraîtra-t-il le plus gros ?
Justifier votre réponse en vous aidant d’un schéma ; on représentera chaque oculaire par une
lentille de distance f′
oc
et on placera l’œil du client en F′
oc
.
3 - On utilise l’oculaire de distance focale (f′
oc
)
1
.
a) Calculer sous quel angle α′ l’image d’une lettre sera vue.
b) Calculer le grossissement G de cet oculaire.
c) Calculer la puissance de cet oculaire P
oc
.
4 - Cet oculaire de Ramsden est en fait constitué de deux lentilles minces convergentes L
1
et L
2
et a
pour symbole (3,2,3).
a) Expliquer ce que signifie le symbole. Calculer la distance focale en fonction du paramètre a.
En déduire la valeur de a pour l’oculaire choisi à la question 3-a)
b) La condition d’achromatisme apparent est-elle vérifiée par cet oculaire ?
Partie II - ÉTUDE DE L’OBJECTIF
L’observateur choisit d’utiliser l’objectif le plus puissant, marqué ×
××
× 40.
1 - Que représente l’ouverture numérique ? Expliquer par un schéma de principe.
Donner l’ouverture numérique relative à l’objectif × 40.
2 - Calculer la distance focale f′
ob
de l’objectif sachant que ∆ = 160 mm.

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III - UTILISATION DU MICROSCOPE
1 - Le client biologiste veut observer des hématies (globules rouges) de grenouille. On rappelle que le
client est emmétrope et n’accommode pas.
a) Où se trouvent l’image finale donnée par le microscope et l’image intermédiaire donnée par
l’objectif ? Où se situe l’objet ?
On admettra que la puissance intrinsèque de cet oculaire P
oc
vaut 60 δ
δδ
δ.
b) Calculer la puissance intrinsèque (P
i
)
micro
puis la distance focale f′
micro
. Justifier le signe de
f′
micro
.
c) Calculer l’angle α′ sous lequel on verrait à travers l’instrument le globule de sang de
grenouille de diamètre AB = 22 µm.
d) La limite de résolution de l’œil est de ε
εε
ε = 3 ×
××
× 10
−
−−
−4
rad.
La puissance de l’instrument est-elle suffisante pour que le globule soit visible ? Justifier.
e) Vous précisez à votre client qu’il doit placer son œil au niveau du cercle oculaire.
Définir le cercle oculaire.
f) Déterminer sa position que l’on notera O
co
.
2 - À l’aide d’un tube à tirage, on éloigne l’oculaire de l’objectif de manière à augmenter de 100 mm la
distance oculaire-objectif :
a) Que vaut le nouvel intervalle optique ∆
micro2
?
b) Calculer la nouvelle distance focale f′
micro2
.
c) Déterminer le nouveau grossissement commercial que l’on notera g.
IV - OBSERVATION EN LUMIÉRE POLARISÉE
P1 objectif D.O. oculaire P2
A
Le microscope est livré avec un jeu de 2 filtres polaroïds identiques P
1
et P
2
. Le filtre P
2
est placé dans
l'oculaire ; son axe peut tourner par rotation de l'oculaire dans le tube. P
1
se place entre la source
d'éclairage et l'objet. L'éclairage sera supposé monochromatique (λ
λλ
λ = 0,5 µ
µµ
µm) et la vibration considérée
se propage suivant l'axe du microscope.
1 - Quelle est la nature de la lumière émergeant de P
1
et éclairant le plan objet [A] ? Pour quelle
orientation de l'axe de P
2
l'intensité E transmise à l'œil est-elle maximale ? Soit E
m
cette valeur.
2 - Quel est le nom utilisé pour P
2
?
3 - Comment varie l'intensité E en fonction de E
m
et de l'angle θ que font les axes de P
1
et P
2
?
Indiquer l’unité de E.
4 - Quel est le nom de la loi physique utilisée ? Pour quelle valeur de θ observera-t-on une extinction ?
5 - De quel angle θ faut-il tourner P
1
pour que l’éclairement E transmis soit égal à la moitié de
l’éclairement incident ?
6 - Que vaut le rapport E/E
m
lorsqu’on tourne P
2
de 30 ° ?

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BACCALAUREAT TECHNOLOGIQUE
Session 2003
Épreuve :
OPTIQUE et PHYSICO-CHIMIE
Partie Théorique
Série
SCIENCES ET TECHNOLOGIE DE LABORATOIRE
PHYSIQUE DE LABORATOIRE ET
DE PROCÉDÉS INDUSTRIELS
Durée de l'épreuve : 3 heures coefficient : 5
L'usage de la calculatrice est autorisé.
Deux feuilles de papier millimétré, réservée à la partie Optique, seront distribuées au
candidat.
Le sujet comporte 5 pages, dont le document-réponse, page 5 est à rendre avec la copie.
PHYSICO-CHIMIE (4 points) page 2
OPTIQUE (16 points) pages 2 à 5
dont, le document-réponse page 5