Chapitres 8 / 9 – La lumière

Physique
21/12/2006
Exercice n°4 : Différents spectres :
3pts
2nde
Chapitres
9 – Lacorrespondant
lumière - Exercices
Retrouver sur la figure
ci-dessous8le/ spectre
à chaque terme de la liste suivante :
a. spectre d'émission du sodium
b. spectre
la lumièrespectres
issue d'une étoile
Exercice
1 :de
Différents
c. spectre d'absorption de la lumière blanche par une solution de permanganate de potassium
Retrouvez sur la figure ci-dessous le spectre correspondant à chaque terme de la liste suivante :
A d.
: spectre
dud'une
sodium
; à filament à 3000 °C
spectred'émission
d'émission
lampe
B : spectre de la lumière issue d'une étoile ;
spectred'émission
d'émission
d'une
lampe
à filament
à 3 500
C e.
: spectre
d'une
lampe
à filament
à 3000
°C ; °C
D f.
: spectre
à filament à 3500 °C ;
spectred'émission
d'émissiond'une
d'unlampe
laser hélium-néon.
E : spectre d'émission d'un laser hélium-néon.
Raie jaune sur fond noir
Raie rouge sur fond noir
Raies noires sur fond coloré
Vio
Ve
I
B
Ve
J
J
O
R
Fond coloré
O
R
Fond coloré
Bande noire sur fond coloré
Exercice 2 : Composition d’une partie d’étoile
Voici le spectre de l’étoile Véga puis le spectre d’émission de quelques éléments chimiques :
1)
2)
3)
4)
Quel est le nom de la partie de l’étoile qui est responsable de l’émission de lumière ?
Que représentent les traits verticaux noirs dans le spectre de l’étoile Véga ?
Quel est le nom de la partie de l’étoile qui provoque ces raies et pourquoi ?
Le spectre de l’étoile permet-il de déceler la présence de certains éléments chimiques
? Justifiez.
3
2nde
Chapitres 8 / 9 – La lumière - Exercices
Exercice 3 : Indice de réfraction de l’atmosphère
Le soir, lorsque le Soleil est vu à l'horizon, il est en réalité déjà couché. Ce phénomène est dû
à la réfraction de la lumière sur les couches atmosphériques.
Le schéma ci-dessous modélise ce phénomène en considérant que l'atmosphère est une
couche homogène de gaz d'épaisseur h située autour de la Terre de rayon R. Le point C
correspond au centre de la Terre ; l'observateur est placé en O. Le point I est vu sur l'horizon
par l'observateur, il correspond au point d'incidence de la lumière du Soleil lorsqu'elle
rencontre l'atmosphère.
La déviation par l'atmosphère des rayons lumineux à l'horizon a pour valeur d = 0,617°.
1) Le triangle OIC est rectangle en O. Exprimer le sinus de l'angle r en fonction de R et
h;
2) Calculer la valeur de l'angle r (avec 3 chiffres après la virgule) ;
3) Rappelez ce qu’est l’angle d’incidence ;
4) Sur le schéma ci-dessus, placer l'angle d'incidence i ;
5) Exprimez i en fonction de r et d ;
6) Calculez la valeur de i ;
7) En appliquant la deuxième loi de Snell-Descartes, calculez la valeur n de l’indice de
réfraction de l'atmosphère en supposant qu'il est constant et que l'indice du vide vaut
exactement 1,000 ;
8) Quelle est alors la vitesse des rayons lumineux traversant l’atmosphère terrestre ?
9) Expliquer sans calcul, pourquoi les marins pour se guider ne visent pas les étoiles
proches de l'horizon, mais uniquement des étoiles assez hautes au-dessus de l'horizon.
Données :
Rayon de la Terre : R = 6,371 x 103 km ;
Epaisseur de l'atmosphère : h = 50 km.
2nde
Chapitres 8 / 9 – La lumière - Exercices
Exercice 4 : Principe du réfractomètre de Pulfrich
Un réfractomètre de Pulfrich sert à mesurer l'indice de réfraction d'un liquide afin de contrôler
sa pureté ou sa composition chimique. Le principe est le suivant : sur un bloc de verre de
section rectangulaire, d'indice N connu, on dépose une goutte de liquide dont on veut
déterminer l'indice n.
Un faisceau lumineux monochromatique jaune pénètre dans le bloc de verre sur la face AB
avec un angle d'incidence i1 ; il se réfracte, puis se propage dans le verre et rencontre la
surface de séparation entre le verre et le liquide. Ce faisceau peut alors se réfracter dans la
goutte de liquide.
Lors d'une mesure on fait varier i1 jusqu'à avoir i4 = 90,00° ; on peut ainsi déterminer l'indice
n en mesurant i1 avec une grande précision.
L’indice de réfraction de l'air est pris égal à 1,000.
1) Ecrivez les relations qui existent entre les angles :
a) i1 et i2 ;
b) i2 et i3 ;
c) i3 et i4 ;
2) On a déposé une goutte de glycérine sur le bloc de verre d'indice N = 1,652. On
mesure i1 = 48,06°. Calculez l'indice de réfraction de la glycérine pour la radiation
jaune utilisée.