Exercices




L’émission par excitation d’entités chimiques

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14
Les raies d’émission du lithium

APP : Extraire l’information utile sur un spectre

Le spectre d’émission du lithium est fourni ci-dessous.

Le spectre d’émission du lithium


Mesurer les trois longueurs d’onde des raies caractéristiques du lithium.

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15
Les réverbères au sodium

COM : Faire des conversions

Soumis à une excitation, les atomes de sodium émettent deux raies caractéristiques de couleur jaune-orange, relativement proches l’une de l’autre en termes de longueur d’onde :

Atomes de sodium


Déterminer avec le plus de précision possible les longueurs d’onde des deux raies caractéristiques et évaluer l’incertitude de cette mesure.

La lumière produite par émission thermique


Doc. 1
Spectre visible des ondes électromagnétiques

Spectre visible des ondes électromagnétiques
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12
Le filament d’une ampoule

APP : Extraire l’information utile dans un texte

Ampoules à filament

Ampoules à filament.


Le filament est une partie métallique présente dans les vieilles ampoules domestiques, un courant électrique le traverse. En raison de sa résistance ohmique, le filament s’échauffe par effet Joule.

Expliquer pourquoi la couleur d’un filament peut émettre une lueur rougeâtre avec un courant faible, et une lumière jaune intense avec un courant plus fort.

Doc. 2
Profil en intensité lumineuse relative du spectre solaire

Profil en intensité lumineuse relative du spectre solaire
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13
Superman et le Soleil

APP : Extraire l’information utile sur un graphique

Dans l’Univers DC, Superman, le plus puissant de tous les super-héros, affirme tirer ses pouvoirs du Soleil jaune du système solaire.

L'expression Soleil jaune est-elle justifiée d'après la longueur d'onde du maximum d'intensité lumineuse émise ?

Savoir-faire - Parcours d'apprentissage

Citer la valeur de la vitesse de la lumière dans le vide ou dans l’air et la comparer à d’autres valeurs de vitesses couramment rencontrées :
10
DIFF

Caractériser le spectre du rayonnement émis par un corps chaud :
13

Caractériser un rayonnement monochromatique par sa longueur d’onde dans le vide ou dans l’air :
14

Exploiter un spectre de raies :
15
24

Pour commencer

Pour s'échauffer

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7
La longueur d’onde en mètres

La lumière visible est comprise entre λ1\lambda_{1} = = 400 nm et λ2\lambda_{2} = = 800 nm.

Convertir ces deux longueurs d’onde en mètres.


8
Le refroidissement d’un corps

Un corps chaud émet initialement une lumière bleutée. En refroidissant, celui-ci change de couleur jusqu’à ne plus émettre la moindre lumière visible.

Décrire l’évolution de la couleur perçue de ce corps.


9
Les raies caractéristiques

L’atome d’hydrogène, sous l’effet d’une excitation, émet moins d’une dizaine de raies caractéristiques dans le visible.

Décrire visuellement le spectre d’émission de l’atome d’hydrogène.
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4
De la Terre à la Lune

Calculer la durée Δt\Delta t en secondes nécessaire à la lumière pour parcourir la distance Terre-Lune égale à d= d= 384 000 km.



5
La distance Terre-Soleil

Calculer la distance Terre-Soleil en mètres sachant que la lumière met 8 minutes et 20 secondes à effectuer ce trajet.


6
Sur l’autoroute du Soleil

Terre et soleil


Un véhicule sur l’autoroute mettrait environ 131 ans à effectuer l’équivalent de la distance Terre-Soleil.

Calculer sa vitesse moyenne et la comparer à celle de la lumière.


La vitesse de la lumière

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11
L’année-lumière

MOD : Utiliser les propriétés des ondes

L’année-lumière est une unité de longueur correspondant à la distance parcourue par la lumière en une année terrestre, soit 365,25 j.

Calculer cette distance en mètres.


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10
Un voyage sur Mars

MOD : Utiliser les propriétés des ondes

Dans un avenir plus ou moins proche, les astronautes seront capables d’effectuer un voyage interplanétaire jusqu’à Mars. Une fois là-bas, ils auront pour tâche de communiquer des rapports via l’émission d’ondes électromagnétiques. La distance la plus courte à parcourir par les ondes est de d=d= 5,57 ×\times 107 km.

1. Rappeler la valeur de la vitesse de la lumière dans le vide.


2. Calculer la durée de parcours de l’onde électromagnétique entre Mars et la Terre pour la distance d.d.


Une notion, trois exercices


DIFFÉRENCIATION
Savoir-faire : Citer la valeur de la vitesse de la lumière et la comparer à d'autres valeurs de vitesse

16
Le son contre la lumière

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MOD : Utiliser les propriétés des ondes : vitesse de propagation

Le son se propage dans l’air avec une vitesse très faible comparée à celle de la lumière.

Calculer le rapport r entre les deux vitesses et préciser combien de fois la lumière se propage plus rapidement que le son.


Donnée
  • Vitesse du son : vson=v_{\text {son}}= 340 m·s-1.
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18
La course autour de la Terre

MOD : Utiliser les propriétés des ondes : vitesse de propagation

La circonférence d’une sphère.

La circonférence d’une sphère.


Fictivement, on imagine une course entre le son et la lumière autour de la Terre. Les deux ondes se positionnent à l’équateur et se lancent au même moment.

Déterminer le nombre de tours N que parvient à faire la lumière avant que le son n’en finisse un seul.


Données
  • Rayon de la Terre : RRT == 6 370 km ;
  • Circonférence d’une sphère : C=C= 2πR2 \pi \cdot R.
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17
La foudre et le tonnerre

MOD : Utiliser les propriétés des ondes : vitesse de propagation

Par temps orageux, il est possible d’observer un éclair s’abattre au loin et d’entendre quelques secondes plus tard le tonnerre.

Déterminer le décalage temporel Δt\Delta t entre la perception visuelle de l’éclair et la perception sonore du tonnerre pour un impact de foudre ayant lieu à 3 km.


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