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Devoir surveillé de sciences physiques n°1 (4°1)
(55 min, 20 points)
Remarques :
- 2 points seront réservés à la maitrise de la langue française : capacité n° 32
- Les quatre colonnes permettent d’identifier le type de compétence évaluée en précisant
les points attribués. Co : connaissance ; Ca : capacités ; R : raisonnement ; ML :
maitrise de la langue ; N° de la compétence sur la grille (distribuée ultérieurement)
Exercice 1 (3,5 points)
Compléter les phrases ci-après en choisissant les mots dans la banque de données suivante
(attention certains mots peuvent éventuellement être utilisés plusieurs fois et d’autres sont
des mots parasites et peuvent donc, ne pas être utilisés) : continu, rouge, orange, de raies,
longueurs d’onde, spectre, raies, 200, 400, 600, 800, monochromatique, polychromatique,
le prisme, la lentille, violet, vert, entités chimiques, solutions.
Les couleurs extrêmes de la lumière visible sont le ………………………………… et le
…………………………………Dans le vide et dans l’air, les
………………………………… correspondant au domaine du visible s’étendent d’environ
…………………………………nm pour le …………………………………à environ
…………………………………nm pour le ………………………………… .
Une lumière …………………………………peut être décomposée par un dispositif
comportant un système dispersif tel que …………………………………Après
décomposition de la lumière, on obtient un …………………………………qui peut être
…………………………………lorsqu’il est réalisé avec une lampe à incandescence, ou
…………………………………dans d’autres conditions. Dans ce dernier cas,
les…………………………………caractérisent une ou plusieurs
………………………………….
Exercice 2 (5,5 points)
On réalise les expériences 1 et 2 schématisées en annexe 1. On donne en annexe 1 les deux
spectres A et B obtenus en réalisant ces expériences.
1. Associer à chaque expérience (1 et 2) le spectre correspondant (A ou B) (aucune
justification n’est demandée ) .
Expérience 1  spectre ………
Expérience 2  spectre ..........
2. Comment se nomment chacun des deux spectres (soyez le plus précis possible)?
Dans le spectre B qu’elle est la longueur d’onde de la raie colorée (justifier) ?
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ML
****
Co
Ca
R
N°
*
*
*
**
**
*
*
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*
*
*
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**
**
**
**
**
0
0
0
0
0
0
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3. Comment doit-on modifier le dispositif de l’expérience 2 (annexe 1) pour obtenir
le spectre continu de la lumière blanche ? Décrire brièvement ce spectre. La modification
ayant été effectuée on diminue progressivement la tension d’alimentation de la lampe
servant de source de lumière blanche (on diminue la température du filament). Quelles
modifications observe-t-on sur l’écran ?
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Exercice 3 (6 points)
On donne en annexe 2 le spectre de raies d’absorption obtenu par analyse de la lumière
provenant d’une étoile appelée naine blanche.
1. A quoi sont dues les raies noires sur le spectre de la naine blanche ?
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2. On sait que la raie de référence n°1 a pour longueur d’onde 1 = 383,8 nm et
que la raie n°7 a pour longueur d’onde 7 = 587,0 nm.
2.1. Mesurer sur le spectre de la naine blanche la distance L en cm entre la
raie n°1 et la raie n°7.
L = ………………. cm
2.2. En déduire le nombre de nanomètres correspondant à 1,0 cm sur le spectre.
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2.3. A l’aide de l’échelle déterminée à la question 2.2. calculer les longueurs
d’ondes des raies n°2 à 6 en complétant le tableau ci-dessous :
Co
Ca
R
N°
**
**
**
**
**
**
*
*
*
*
*
*
**
**
18
0
30
0
7
13
30
13
Raie n°
Distance à la raie de référence
n°1
Longueur d’onde de la raie
2
3
4
5
6

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2.4. Que permet de connaitre les longueurs d’ondes mesurées à la question
2.3. ?
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2.5. D’après le tableau fournit ci-dessous déterminer les éléments chimiques
qui sont présents dans l’enveloppe de l’étoile.
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2.6. Rappeler le nom des deux principaux éléments chimiques constituant le
Soleil ? Ces éléments chimiques se trouvent-ils aussi dans la naine blanche ?
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Exercice 4 (3 points)
Le profil spectral d’une étoile est la courbe qui représente l’intensité lumineuse des
radiations monochromatiques émises par cette étoile en fonction des longueurs d’ondes de
ces radiations.
Canopus est la deuxième étoile la plus brillante du Ciel après Cirus. On donne en annexe 3
le profil spectral de Canopus.
1. Déterminer graphiquement la longueur d’onde max de la radiation émise
par cette étoile avec une intensité maximale (la résolution graphique devra apparaitre sur
le profil spectral)
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Co
Ca
R
N°
**
**
**
**
**
**
**
**
0
1
30
0
22
4
Elémént
chimique
Longueurs d’ondes (en nm) de certaines raies caractéristiques
H
486,1
434,0
410,1
397,0
388,9
He
587,6
504,8
501,6
492,2
471,3
468,6
447,1
438,8
414,4
402,6
396,4
302,3
Ca
396,8
393,3
373,7
370,6

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2. La température  de la surface d’une étoile est reliée à la longueur
d’onde max par la loi de Wien :
273
1089,2
max
6
Dans cette relation max est exprimé en nanomètre et  est exprimée en degré Celcius.
3. Donner une estimation de la température de surface de Canopus.
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4. Les astronomes classent les étoiles en 7 catégories selon leur température
de surface. Ces catégories sont repérées par les lettres O, B, A, F, G, K, M. Difficile de s’y
retrouver ! Aussi existe-t-il un moyen mnémotechnique pour mémoriser ces lettres :
Oh, Be A Fine Girl, Kiss Me.
Les températures de surface correspondant à chaque catégorie d’étoiles sont données
dans le tableau ci-après.
Catégorie
Température de
surface (°C)
Couleur
O
35 000
bleue
B
11 000 à 28 000
blanche
A
10 000
blanche
F
7000 à 8000
blanche
G
5000 à 6000
jaune
K
3500 à 5000
orange
M
Inférieure 3500
rouge
5. Déterminer la catégorie spectrale de Canopus. En déduire sa couleur
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Co
Ca
R
N°
**
**
**
**
15
31
2
9
7,5
1,5