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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) Co Ca R ML **** N° 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. * * * ** ** * * * * * * * 0 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 ) . ** 0 ** 0 Expérience 1 spectre ……… Expérience 2 spectre .......... ** ** 0 0 ** 0 ** 18 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) ? ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… Page 1 sur 4 Co Ca ** ** R N° ** ** 18 0 ** 30 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 ? ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… 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. ** 0 ** 7 ** 13 * 30 1. A quoi sont dues les raies noires sur le spectre de la naine blanche ? ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… 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. ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… 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 : Raie n° * * * * Distance à la raie de référence n°1 Longueur d’onde de la raie 2 3 4 5 6 13 * Page 2 sur 4 Co Ca ** R N° 0 2.4. Que permet de connaitre les longueurs d’ondes mesurées à la question 2.3. ? ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… 2.5. D’après le tableau fournit ci-dessous déterminer les éléments chimiques qui sont présents dans l’enveloppe de l’étoile. Elémént chimique Longueurs d’ondes (en nm) de certaines raies caractéristiques H 486,1 434,0 410,1 397,0 388,9 He 587,6 468,6 504,8 447,1 501,6 438,8 492,2 414,4 471,3 402,6 396,4 302,3 396,8 393,3 373,7 370,6 Ca ** ** 1 ** 30 ** 0 ** 22 ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………. 2.6. Rappeler le nom des deux principaux éléments chimiques constituant le Soleil ? Ces éléments chimiques se trouvent-ils aussi dans la naine blanche ? ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………. 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. ** ** 4 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) …………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………….. Page 3 sur 4 Co Ca R N° 2. La température de la surface d’une étoile est reliée à la longueur d’onde max par la loi de Wien : 2,89 10 6 max 273 Dans cette relation max est exprimé en nanomètre et est exprimée en degré Celcius. ** 15 ** 31 ** ** 9 7,5 2 3. Donner une estimation de la température de surface de Canopus. …………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 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 …………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 1,5 Page 4 sur 4
