CONTROLE COMMUN DE PHYSIQUE DE SECONDE Durée 2h

Classe :
CONTROLE COMMUN DE
PHYSIQUE DE SECONDE
Durée 2h
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EXERCICE I : (4,5 points)
1. Ajoutez chacun des 3 objets (une petite molécule, la Terre, une bactérie) dans le tableau suivant
dont vous compléterez toutes les colonnes :
objet
dimension
dimension en m
ordre de grandeur de la
dimension en m
13.103km
0,3nm
6,1m
2. Le diamètre du nuage électronique sphérique de l'atome d’hydrogène est d’environ 1.10-10m. Le
noyau est encore beaucoup plus petit. Il occupe une sphère d’un diamètre d'environ 1.10 -15m.
a- On souhaite réaliser une maquette de l’atome d’hydrogène en respectant les proportions. On
souhaite représenter la sphère électronique par une boule transparente de diamètre D. Quelle doit
être la valeur de D si la sphère qui va représenter le noyau de l’atome a un rayon de 1mm ?
b- Quelle propriété de la matière cette maquette illustre-t-elle ?
EXERCICE II : astronomie (13 points)
Données : Année lumière : 1a.l. = 9,5.1015m
Vitesse de la lumière dans le vide : c = 3,00.108m/s
La constellation d'Orion est une des plus belles constellations du
ciel, facilement observable l’hiver sous nos latitudes. Parmi les
étoiles les plus brillantes qui la composent on y trouve Bételgeuse,
une supergéante rouge qui se situe à l'épaule droite d'Orion. Elle
est 630 fois plus grande que notre Soleil et si éloignée que la
lumière met 5,64 millions d’heures pour parcourir la distance qui
la sépare de la Terre. On y trouve également Rigel qui se situe au
pied gauche d'Orion. C'est une supergéante bleue qui est 80 fois
plus grande que notre Soleil et distante du Soleil de 8,19.1015km
Enfin l'étoile Bellatrix est une étoile plus modeste qui se situe à
l'épaule gauche d'Orion. Au centre de la constellation, on trouve
aussi 3 étoiles : Alnitak, Mintaka et Alnilam qui forment le ceinturon d'Orion et qui sont appelées
également "les trois rois" ou encore "les trois mages". Juste en-dessous de ces étoiles se trouve la
nébuleuse d'Orion, appelé M42, ou encore Messier 42. La nébuleuse d'Orion est une nébuleuse dite

diffuse qui est visible à l'œil nu. Située à 1500 années lumière de notre planète, la nébuleuse
d'Orion est visible en-dessous de la ceinture d'Orion. Cet objet céleste composé d'hydrogène est
également une véritable pouponnière car il donnera naissance dans quelques milliers d'années à de
nombreuses étoiles.
A- Distances astronomiques (4 points)
1. Définissez l’année lumière.
2. Combien de temps la lumière met-elle pour nous parvenir de la nébuleuse d’Orion ?
3. Quelle est la distance en année lumière entre Rigel et le Soleil ?
4. Quelle est la distance en année lumière entre Bételgeuse et la Terre ? (Il est interdit d’utiliser la
valeur de la vitesse de la lumière pour répondre à cette question…)
B- Spectre (5,5 points)
1. Qu’est-ce qu’une lumière monochromatique ?
2. Qualifiez les deux spectres (N° 2 et 3) de l’hydrogène gazeux. Quelle propriété des gaz
illustrent-ils ?
3. La couleur rouge est-elle à droite ou à gauche de ces spectres ? Justifiez.
4. Expliquez la provenance du fond continu coloré et des lignes noires sur le spectre de la lumière
de l’étoile.
5. Peut-on déduire de ces trois spectres une information précise sur l’étoile Rigel ? Laquelle ?
Pourquoi ?
C- La station ISS (3,5 points)
La Station spatiale internationale (en anglais International Space Station ou ISS) est une station
spatiale placée en orbite terrestre basse, occupée en permanence par un équipage international qui
se consacre à la recherche scientifique dans l'environnement spatial. Ce programme, lancé et piloté
par la NASA, est développé conjointement avec l'agence spatiale fédérale russe (FKA), avec la
participation des agences spatiales européenne, japonaise et canadienne. La station spatiale se
déplace autour de la Terre à une altitude maintenue entre 350 et 400 kilomètres.
1. Sachant que les ondes électromagnétiques utilisées lors des communications entre la Terre et la
station spatiale se déplacent à la vitesse de la lumière, quel est le temps maximal nécessaire pour
qu’un message parti de la station spatiale atteigne la Terre ? (Donnez le résultat en seconde puis
dans l’unité la mieux adaptée.)
2. Cette durée pose-t-elle un problème lors d’une communication « téléphonique » entre la Terre et
la station spatiale ?
3. Sachant que la distance entre la Terre et Mars serait au minimum environ 200 000 fois plus
importante que la distance entre la Terre et la station spatiale, répondre aux mêmes questions
concernant une éventuelle conversation entre la Terre et Mars.

EXERCICE III : A la découverte de l’infiniment petit (15,5 points)
Données : Charge élémentaire e = 1,6.10-19 C
Masse d’un nucléon : mn = 1,67.10-27kg
On étudie les atomes  
1. Donnez la composition de l’atome d’aluminium.
2. Donnez la structure électronique de ces 4 atomes.
3. Quelle est la couche externe (ou niveau de valence) de l’atome de soufre S ?
4. Définissez le mot isotope.
5. En appliquant, aux atomes de lithium, néon et soufre, une règle que l’on nommera, dites
quels sont les ions qu’ils peuvent éventuellement former. Précisez s’il s’agit d’anion ou de
cation et si les atomes ont gagné ou perdu des électrons. Pour répondre à ces questions,
complétez le tableau suivant.
6. Où se trouve l’atome de lithium Li dans la classification périodique ? Justifiez.
7. En utilisant uniquement les données sur Li, Al, Ne et S, complétez le tableau suivant
quand c’est possible. Si c’est impossible, expliquez pourquoi dans la colonne de droite du
tableau.
Composition du noyau
Représentation symbolique du noyau sous la forme 
10 protons, 11 neutrons
7 protons, 3 nucléons
13 neutrons, 27 protons
16 protons, 33 nucléons
8. Le noyau d’un atome de Zinc (Zn) contient 64 nucléons et sa charge électrique est égale à
4,80.10-18C. Donnez la représentation symbolique de ce noyau.
9. Calculer la masse d’un atome de brome dont le noyau est représenté par 
 puis la
masse de l’ion bromure Br -.
10. On donne la masse d’un atome de carbone m=2,0.10-26 kg
a) Combien y a-t-il de nucléons dans un atome de carbone ?
b) Quel est le nombre N d’atomes de carbone dans une mine de crayon de masse
mmine = 0,50 g (la mine de crayon est supposée en carbone pur).
Elément
Règle
Ion
type d’ion
Les électrons sont
Li
Ne
S

Exercice IV : Le prisme (7 points)
Un prisme en flint possède un angle au sommet en A
de valeur =30°, son indice vaut 1,60 pour la radiation
étudiée. Le faisceau lumineux incident arrive sur la
face AB du prisme au point d’incidence M avec un
angle d’incidence i1. L’angle de réfraction en M est
noté i2.
Le prisme est situé dans l’air dont l’indice vaut 1,00.
1°) Entrée dans le prisme
a- Exprimez la loi de la réfraction au point M en
précisant les notations employées. Indiquez sur le schéma (sans souci d’échelle) les angles
qui interviennent dans cette loi.
b- Quelle est la valeur de i2 ?
c- En déduire la valeur de i1.
2°) Sortie du prisme
a- Quelle est la valeur de l’angle d’incidence i’2 à la sortie du prisme ?
b- En déduire la valeur de l’angle de
réfraction en N.
c- Tracez le rayon réfracté en N.

CORRECTION du CONTROLE COMMUN
EXERCICE I :
1. Objet
dimension
dimension en m
Ordre de grandeur en m
diamètre de la Terre
13.103km
1,3.107m
107
petite molécule
0,3nm
3.10-10m
10-10m
bactérie
6,1m
6,1.10-6m
10-5m
2. Le diamètre du nuage électronique sphérique de l'atome d’hydrogène est de l'ordre de 10 -
10m. Le noyau est encore beaucoup plus petit. Il occupe une sphère d'un diamètre d’environ
10 -15 m.
a- 2mm correspond à 10-15m et D correspond à 10-10m donc D doit faire 2mm x 10-10/10-15
= 2.105mm = 200m.
b- La matière est lacunaire ou elle est essentiellement constituée de vide.
EXERCICE II : astronomie
A- Distances astronomiques
1. L’année de lumière est la distance parcourue par la lumière en une année dans le vide.
2. La lumière met 1500 ans pour nous parvenir de la Nébuleuse d’Orion par définition de
l’année de lumière.
3. On sait d’après les données que 1a.l. = 9,5.1015m = 9,5.1012km donc 8,19.1015km/
9,5.1012 = 8,6.102a.l.
4. La lumière met 5,64.106h pour parcourir la distance entre Bételgeuse et la Terre, il faut
convertir cette durée en année pour connaitre la distance en année lumière. Dans une
année il y a 365*24 = 8760h donc 5,64.106h correspond à 5,64.106h /8760 = 644 années
donc la distance correspondante est 644a.l.
B- Spectre
1. Une lumière monochromatique ne comporte d’une seule radiation donc une seule
longueur d’onde, elle ne peut pas être dispersée.
2. Le spectre N° 2 est un spectre d’émission de raies et le spectre N° 3 est un spectre
d’absorption de raies. Les deux spectres sont complémentaires ce qui montre qu’un gaz
chaud peut absorber les radiations qu’il émet.
3. La couleur rouge est à droite car elle correspond aux longueurs d’ondes voisines de
750nm.
4. Le fond continu coloré correspond à la lumière émise par la photosphère de l’étoile
et les lignes noires sont les raies d’absorption dues aux gaz de l’atmosphère de
l’étoile.
5. On peut affirmer que l’atmosphère de l’étoile Rigel contient de l’hydrogène car les raies
d’absorptions de l’hydrogène correspondent à des raies noires sur le spectre de l’étoile.
C- La station ISS
1. La station spatiale est au maximum à la distance d = 400km = 400.103m de la surface
de la Terre donc le message qui se déplace à la vitesse c mettra un temps t = d/ c =
400.103 / 3.108= 1,33.10-3 s = 1,33ms.
2. Cette durée est courte et ne pose pas de problème lors d’une communication entre la
Terre et la station spatiale ?
3. Si la distance entre la Terre et Mars est 200 000 fois plus importante que la distance
entre la Terre et la station spatiale, le temps mis par le message serait aussi 200 000 fois