Lumière et spectres

CORRECTION
2nde 10 : DS Physique 3
Sujet A
Date :
I- Propagation de la lumière
On rappelle que la vitesse de la lumière dans le vide est : c = 3,00 × 10 8 m/s.
1) Définir l' indice de réfraction n d' un milieu transparent.
C' est le rapport de la vitesse de la lumière dans le vide par la vitesse de la lumière dans ce milieu :
n =
c
v
2) En déduire la vitesse de la lumière dans une fibre optique, dont l' indice est n = 1,56 .
n =
c
c
donc v =
v
n
v =
3,00 × 108
1,56
soit v = 1,92 x 10
8
m/s
3) Calculer la durée mise par un signal lumineux, pour parcourir une distance de 5,0 km dans cette fibre.
vitesse =
dis tan ce
temps
ou v =
d
d
donc t =
t
v
t =
5,0 × 103
(1,92 × 108 )
soit t = 2,6 x 10 – 5 s
II- Réflexion et réfraction de la lumière
1) Rayon incident : SI
Rayon réfracté : IB
2) Angle d' incidence : i1 = ( SI , IJ )
Rayon réfléchi : IA
Angle de réfraction : i2 = ( IB , IK )
Angle de réflexion : i3 = ( IA , IJ )
3) a) Loi de la réflexion : L' angle de réflexion est égal à l' angle d' incidence ( i3 = i1 )
b) Loi de la réfraction : n1 . sin i1 = n2 . sin i2
c) De n1 . sin i1 = n2 . sin i2 , on déduit que :
n2 =
1× sin(60)
sin(32)
n1 × sin i1
= n2
sin i2
soit n2 = 1,63
III- Année-lumière
On lit dans une revue d' astronomie la phrase suivante : " La galaxie appelée Grand Nuage de Magellan
nous apparaît telle qu' elle était il y a environ 160 000 ans ".
1) Donner la définition de l' année-lumière :
C' est la distance parcourue par la lumière, dans le vide, en une année.
2) En déduire la distance D, en années-lumière, entre cette galaxie et la Terre :
La lumière a mis 160 000 ans pour faire le trajet entre cette galaxie et la Terre, elle est donc
située à une distance D = 1,6 x 10 5 AL ( années-lumière )
3) Convertir cette distance D en kilomètres, sachant que 1 année-lumière équivaut à environ 10 16 mètres.
D = 1,6 x 10 5 x 10 16 m = 1,6 x 10 21 m = 1,6 x 10 18 x 10 3 m soit D = 1,6 x 10 18 km
CORRECTION
2nde 10 : DS Physique 3
Sujet A
Date :
IV- Spectre de la lumière blanche.
1) Décrire un dispositif permettant de décomposer la lumière blanche émise par une lampe à
incandescence.
Le dispositif doit comporter, dans l' ordre, la lampe, une fente, une lentille convergente, un
prisme de verre ( ou un réseau de diffraction ) et l' écran.
2) Quel est l' aspect du spectre obtenu sur un écran ?
Que peut-on en conclure sur la nature de la lumière blanche ?
On obtient un spectre continu, coloré du rouge au violet.
La lumière blanche est composée de toutes les radiations du rouge au violet, c' est une lumière
polychromatique.
3) Une radiation de longueur d' onde λ = 0,25 µm sera-t-elle visible, infrarouge ou ultraviolette ? Justifier
λ = 0,25 x 10 – 6 m = 0,25 x 10 3 x 10 – 9 m soit λ = 250 nm
λ < 400 nm, c' est donc une radiation ultraviolette ( invisible )
V- Spectres
On a obtenu les spectres suivants :
1- spectre s’étalant du rouge au violet mais avec des raies noires dans le violet, le bleu, le vert et le
rouge
2- spectre présentant toutes les couleurs du violet au rouge
3- spectre présentant toutes les couleurs du bleu au rouge
4- spectre présentant sur fond noir : une raie violette, une raie bleue, une raie verte, deux raies rouges
à partir des lumières suivantes :
A - lumière émise par une ampoule contenant du lithium sous basse pression et soumis à des
décharges électriques
B - lumière transmise par une ampoule contenant du lithium sous basse pression et éclairé en
lumière blanche
C - lumière émise par une lampe à incandescence ordinaire à 2600 °C
D - lumière émise par une lampe à incandescence halogène à 3200 °C
Attribuer chaque spectre à chaque lumière ( en associant une lettre à un chiffre ).
Qualifier, en justifiant, chaque spectre ( continu, discontinu, d’émission, d’absorption ).
Lumière
Spectre
Justification
A
4
Spectre discontinu d' émission caractérisant l' élément chimique.
B
1
C
3
D
2
Spectre discontinu d' absorption : l' élément absorbe quelques radiations de la
lumière blanche.
Spectre continu d' émission mais la température est insuffisante pour émettre
dans le violet
Spectre continu d' émission et la température est suffisante pour émettre du
rouge au violet