Devoir surveille n°2 2








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DEVOIR SURVEILLE N°2 ( 2nde4 ) 
(20 points ; 55min)
N.B. - Deux points seront réservés à la qualité de la présentation et de la rédaction.

- Dans la mesure du possible, et sauf indication contraire, toute réponse devra être justifiée.

Exercice 1 (5 points)
Une lampe à incandescence est équipée d’un variateur permettant de faire varier sa tension d’alimentation. On admettra que lorsque la tension d’alimentation de la lampe augmente, la température de son filament de tungstène (émetteur de lumière blanche) augmente aussi.


  1. La lumière émise par la lampe à incandescence traverse un prisme. La lumière dispersée est interceptée par un écran blanc. Comment se nomme la figure obtenue sur l’écran ? La décrire brièvement.

  2. En agissant sur le variateur on constate que le spectre de la lumière est plus riche en couleur bleue. A-t-on augmenté ou diminué la tension d’alimentation de la lampe ? Justifier la réponse en faisant appel à la température du filament de la lampe ?

  3. Les spectres des questions 2 et 3 ont été obtenus à l’aide du dispositif schématisé en annexe 1 à rendre avec la copie. Légender ce schéma.

  4. On utilise le dispositif schématisé en annexe 1. On intercale sur le trajet de la lumière une ampoule contenant de l’argon gazeux. On obtient sur l’écran la figure ci-dessous. Comment nomme-t-on une telle figure (soyez le plus précis possible) ?



Raies noires

Fond coloré du spectre de la lumière blanche

 (nm)



  1. On souhaite obtenir le spectre de raies d’émission de l’argon. Comment doit-on modifier le dispositif de la question 3 ? Décrire le spectre obtenu en le comparant avec celui de la question 4.


Exercice 2 (4 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.

Véga, également appelée Alpha Lyrae, est l'étoile la plus brillante de la constellation de la Lyre. Vue depuis la Terre, il s'agit de la cinquième étoile la plus brillante du ciel. C'est une étoile relativement proche du Soleil, à 25,3 années-lumière de celui-ci. On donne en annexe 2 (à rendre avec la copie) le profil spectral de Véga.

  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 de l’annexe 2).

  2. La température  de la surface d’une étoile est reliée à la longueur d’onde max par la loi de Wien :



Dans cette relation max est exprimé en nanomètre et est exprimée en degré Celsius.

  1. Donner une estimation de la température de surface de Véga.

  2. 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. 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



  1. Déterminer la catégorie spectrale de Véga. En déduire sa couleur.

  2. A quoi sont dus les pics correspondant à des minimas d’intensité lumineuse sur le profil spectral de Véga ?



Exercice 3 (5 points)



On donne en annexe 3 à rendre avec la copie le schéma de la réfraction d’un rayon de lumière monochromatique passant de l’air dans un verre flint.


  1. Compléter ce schéma de l’annexe 3 (à rendre avec la copie) en indiquant le point d’incidence I, en dessinant la normale ( NN’) à la surface de séparation des deux milieux et en indiquant l’angle d’incidence i1 et l’angle de réfraction i2 (valeurs non demandées).

  2. Donner l’expression de la seconde loi de Descartes en utilisant les notations de l’énoncé.

  3. Calculer l’angle de réfraction i2 si l’angle d’incidence i1 vaut 43,5 °


Exercice 4 (4 points)
La détermination de l’indice de réfraction d’un liquide L est une méthode permettant l’identification de ce liquide. Un faisceau de lumière monochromatique est dirigé vers le liquide L comme indiqué sur le schéma ci-dessous.


On note i1 l’angle d’incidence dans l’air d’indice n1 = 1,00 et on note i2 l’angle de réfraction dans le liquide L d’indice n2 inconnu.

On mesure la valeur de i2 pour différentes valeurs de i1. On trace la courbe représentant les variations de sin i1 en fonction des variations de sin i2 soit sin i1 = f(sin i2). Cette courbe est donnée en annexe 4 à rendre avec la copie.


  1. Rappeler l’expression de la loi de Snell-Descartes relative aux angles lors d’une réfraction en respectant les notations du texte.

  2. Montrer que l’équation de la courbe obtenue est de la forme avec y = sin i1 et x = sin i2.

  3. Déterminer graphiquement la valeur de l’indice de réfraction n2 du liquide étudié (la résolution graphique devra apparaître sur l’annexe 4 à rendre avec la copie).

  4. On donne ci-dessous l’indice de réfraction de différents liquides. Identifier le liquide L étudié.




LIquide

Indice de réfraction

Solution d’eau sucrée (80%)

1,49

Glycérine

1,47

Alcool ethylique

1,36

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