Exercice 1

2nde1
DST5A Sciences Physiques : Spectres d’étoiles – Relativité du mouvement / Atome – Élément chimique
Exercice 1 : Étude de l’Aluminium (5,5 points)
A) Composition de l’atome (2 points)
Le noyau d’un atome isolé d’aluminium Al possède 13 protons et 27 nucléons.
1) Donner sa représentation symbolique.
2) Donner la composition de cet atome.
3) Donner la structure électronique de cet atome d’aluminium.
4) Indiquer le nombre d’électrons présents sur la couche externe.
B) Caractéristiques physiques de l’atome (2 points)
On considère que mn  mp = 1,7.10-27 kg et on néglige la masse des électrons devant celle
des nucléons.
5) Calculer la masse approchée de cet atome.
6) Déterminer le nombre N d’atomes d’aluminium contenus dans un échantillon de
masse m = 1,00 g.
Le rayon atomique de l’aluminium est rAl = 143 pm.
7) Donner sa valeur en m.
On suppose que le noyau est 105 fois plus petit que l’atome.
8) Si le noyau était un ballon de basket de diamètre 24 cm, quel serait le diamètre de
l’atome ?
27/01/07
B) Depuis le sol (1,5 points)
4) Représenter la trajectoire des parachutistes dans le référentiel terrestre.
5) Calculer la hauteur de chute pour une durée de 12,0 s.
C) Ce que voit Sébastien (1 point)
Célénie ouvre son parachute mais pas Sébastien. Elle atteint alors une nouvelle vitesse
verticale limite, de valeur V’ = 40,0 km.h-1 dans le référentiel terrestre.
6) Quelle est alors la vitesse de Célénie par rapport à Sébastien ?
7) Quel est le sens du mouvement de Célénie par rapport à Sébastien ?
Exercice 4 : La lumière des étoiles (7 points)
A) Raies dans le spectre des étoiles (5 points)
Depuis la Terre, on observe le spectre d’une étoile :
1)
Que représentent les raies sombres visibles sur le spectre ? Expliquer.
On donne les spectres de trois gaz notés A, B et C :
C) L’ion aluminium (1,5 points)
L’atome d’aluminium peut perdre 3 électrons pour former un ion.
9) Donner la représentation symbolique de cet ion.
10) Combien possède-t-il d’électrons ?
11) Donner sa structure électronique.
Exercice 2 : L’oxygène et ses isotopes (3,5 points)
L’oxygène O présente plusieurs isotopes
Isotope
tous présents dans les corps organiques. Le
A = 16
A = 17
A = 18
(Z = 8)
tableau ci-contre fournit les abondances
relatives naturelles de ces isotopes dans ce
Abondance 99,759% 0,037% 0,204%
milieu.
1) Donner la représentation symbolique de chaque isotope de l’atome d’oxygène.
2) Quelle est la composition du noyau atomique de chacun d’entre eux ?
3) Quel est l’isotope le plus abondant ?
L’élément oxygène sous la forme de dioxygène intervient dans une transformation chimique
mettant en jeu le carbone. Le seul produit de cette transformation chimique est le dioxyde de
carbone encore appelé le gaz carbonique.
4) Indiquer quels sont les corps simples et les corps composés de la transformation
chimique décrite et donner leur formule chimique.
5) Y a-t-il conservation de tous les éléments mis en jeu dans cette transformation
chimique ? Pourquoi ?
Exercice 3 : Parachutisme (4 points)
Sébastien et Célénie, équipés d’un parachute, sont dans un avion qui se déplace à vitesse
et altitude constantes. Il sautent en même temps et sont alors en « chute libre ».
A) Depuis l’avion (1,5 points)
Depuis l’avion, Sébastien et Célénie atteignent rapidement une vitesse verticale limite
constante V = 160 km.h-1.
1) Représenter la trajectoire des parachutistes dans le référentiel de l’avion.
2) Comment nomme-t-on un tel mouvement ?
3) Convertir la vitesse V en m.s-1.
(Indication : 1 km.h-1 = 0,278 m.s-1)
A
B
C
2)
3)
4)
Donner le nom du type des spectres A, B, C.
Parmi les trois gaz A, B et C, quels sont ceux présents dans l’atmosphère de l’étoile ?
Expliquer.
Y a-t-il d’autres gaz dans l’atmosphère de l’étoile ? Justifier la réponse.
Pour cette même étoile, si on étudie la partie du spectre située à la limite de l’infrarouge,
on observe deux raies sombres caractéristiques du dioxygène.
5) Quels sont les milieux traversés par la lumière de l’étoile pour parvenir jusqu’à
nous ?
6) Proposer une explication à la présence des raies de la molécule de dioxygène dans le
spectre de l’étoile.
Le télescope spatial Hubble est en orbite autour de la Terre.
7) Quel avantage cela représente-t-il par rapport aux observations effectuées par les
astronomes depuis le sol ?
B) Couleurs des étoiles (2 points)
Voici les noms et les couleurs de quelques étoiles :
Soleil
Sirius
Bételgeuse
Rigel
Jaune
Blanche
Rouge – Orange
Bleu – Blanc
Voici des domaines de températures :
2000K à 3500K ; 4900K à 7400K ; 7400K à 10000K ; 10000K à 28000K.
8) Associer un domaine de températures à chacune des étoiles.
9) Le spectre de Sirius serait-il semblable au spectre du Soleil ? Expliquer.
BONUS : Les étoiles ne sont jamais de couleur verte. Proposer une explication.