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1. Constitution et transformations de la matière
Ch. 1
Identification des espèces chimiques
Ch. 2
Composition des solutions aqueuses
Ch. 3
Dénombrer les entités
Ch. 4
Le noyau de l’atome
Ch. 5
Le cortège électronique
Ch. 6
Stabilité des entités chimiques
Ch. 7
Modélisation des transformations physiques
Ch. 8
Modélisation des transformations chimiques
Ch. 9
Synthèse de molécules naturelles
Ch. 10
Modélisation des transformations nucléaires
2. Mouvement et interactions
Ch. 11
Décrire un mouvement
Ch. 12
Modéliser une action sur un système
Ch. 13
Principe d’inertie
3. Ondes et signaux
Ch. 14
Émission et perception d’un son
Ch. 15
Analyse spectrale des ondes lumineuses
Ch. 16
Propagation des ondes lumineuses
Ch. 17
Signaux et capteurs
Méthode
Fiches méthode
Fiches méthode compétences
Annexes
Chapitre 15
Exercices
Pour s'entraîner
11 professeurs ont participé à cette page
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20La sonde Huygens
✔ MOD : Utiliser les propriétés des ondes : vitesse de propagation ✔ COM : Faire des conversions
Lancé mi-octobre 1997, le couple de sondes Cassini-Huygens a parcouru durant son transit près d'une dizaine d'unités astronomiques avant d'arriver à proximité de Saturne au début du mois de juillet 2004.
Voyage spatial des sondes Cassini-Huygens.
Au terme de leur parcours, les deux sondes se sont séparées. Si Cassini est restée en orbite autour de Saturne pour effectuer le relais des transmissions avec la Terre, Huygens a réalisé son atterrissage le 14 janvier 2005 sur Titan, l'un des satellites de la planète.
Le zoom est accessible dans la version Premium.
Voyage spatial des sondes Cassini-Huygens.
Au terme de leur parcours, les deux sondes se sont séparées. Si Cassini est restée en orbite autour de Saturne pour effectuer le relais des transmissions avec la Terre, Huygens a réalisé son atterrissage le 14 janvier 2005 sur Titan, l'un des satellites de la planète.
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Illustration de Cassini-Huygens en approche de Titan.
Huygens a pu fonctionner sur batterie pendant quatre heures avant de s'éteindre définitivement.
Le signal électromagnétique envoyé par la sonde relais Cassini devait parcourir 8,1 unités astronomiques le jour de l'atterrissage pour être reçu par la NASA sur Terre. Une unité astronomique, notée u.a., correspond à la distance Terre-Soleil.
1.
Déterminer l'ordre de grandeur de la vitesse moyenne du couple Cassini-Huygens pendant son transit jusqu'à Saturne.
2.
Comparer cet ordre de grandeur avec celui de la vitesse de la lumière.
Donnée
- Conversion d'unités : 1,0 u.a. = 1,5 \times 1011 m.
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21La lumière en QCM
✔ MOD : Utiliser les propriétés des ondes : vitesse de
propagation
✔ COM : Faire des conversions
✔ APP : Maîtriser le vocabulaire du cours
L'étoile de Barnard, située à 6 a.l. de la Terre, est une naine rouge, peu distinguable dans le ciel. Notre étoile, le Soleil, est beaucoup plus proche de nous, à seulement 150 millions de kilomètres. Parmi les étoiles les plus éloignées, Rigel, une supergéante bleue, se situe approximativement à 800 a.l. de notre planète.
Parmi ces trois étoiles, l'une est à 10 000 K (type B), une autre à 3 100 K (type M) et la troisième à 5 700 K (type G) en surface.
✔ COM : Faire des conversions
✔ APP : Maîtriser le vocabulaire du cours
L'étoile de Barnard, située à 6 a.l. de la Terre, est une naine rouge, peu distinguable dans le ciel. Notre étoile, le Soleil, est beaucoup plus proche de nous, à seulement 150 millions de kilomètres. Parmi les étoiles les plus éloignées, Rigel, une supergéante bleue, se situe approximativement à 800 a.l. de notre planète.
Parmi ces trois étoiles, l'une est à 10 000 K (type B), une autre à 3 100 K (type M) et la troisième à 5 700 K (type G) en surface.
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Type spectral d'étoiles.
Pour rappel, une année-lumière (a.l.) est une unité de longueur correspondant à la distance parcourue par la lumière dans le vide durant une année terrestre.
1. La distance entre l'étoile de Barnard et la Terre vaut :
2. Exprimer, en minute-lumière (notée min.l.), la distance Terre-Soleil dTS en adaptant la définition de l'année-lumière fournie.
3. De combien de fois la distance Terre-Rigel est-elle plus importante que la distance Terre-Soleil ?
2. Exprimer, en minute-lumière (notée min.l.), la distance Terre-Soleil dTS en adaptant la définition de l'année-lumière fournie.
3. De combien de fois la distance Terre-Rigel est-elle plus importante que la distance Terre-Soleil ?
4. Quelle étoile possède une température de surface de
3 100 K ?
5. Laquelle de ces étoiles possède un maximum d'intensité lumineuse situé à la longueur d'onde la plus faible ?
5. Laquelle de ces étoiles possède un maximum d'intensité lumineuse situé à la longueur d'onde la plus faible ?
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22 Le modèle de Balmer
✔ APP : Extraire l'information utile dans un texteL'atome d'hydrogène, sous l'effet d'une excitation, peut émettre de la lumière sous forme de radiations monochromatiques dont les longueurs d'onde, dans le domaine du visible (entre 400 et 800 nm), se situent à :
| Numéro de la raie n | 1 | 2 | 3 | 4 |
| Longueur d'onde \lambda | 656,3 nm | 486,1 nm | 434,0 nm | 410,2 nm |
1. Représenter le spectre d'émission à l'échelle de l'atome d'hydrogène pour les quatre raies caractéristiques mentionnées dans l'énoncé.
On note x=\dfrac{1}{(n+2)^{2}} et y=\dfrac{1}{\lambda} deux nouvelles grandeurs permettant, par la suite, de prévoir où se situent les raies caractéristiques précedentes de l'atome d'hydrogène.
Cliquez pour accéder à une zone de dessin
Cette fonctionnalité est accessible dans la version Premium.
2. Remplir le tableau reprenant pour chaque numéro de raie n et chaque longueur d'onde \lambda, les nouvelles grandeurs x et y définies dans l'énoncé.
| Numéro de la raie n | 1 | 2 | 3 | 4 |
| Longueur d'onde \lambda | 656,3 nm | 486,1 nm | 434,0 nm | 410,2 nm |
| x | ||||
| y |
3.
Tracer un graphique représentant l'évolution de y en fonction de x. Justifier qu'il s'agit bien d'un modèle affine.
La modélisation fournit, pour y=\text{a} \cdot x+\text{b}, les coefficients :
\text{a} =- 1,10 \times 10-2 nm-1 et \text{b} = 2,74 \times 10-3 nm-1.
4.
Déterminer la longueur d'onde \lambda de la cinquième raie caractéristique ( n= 5). Fait-elle partie du domaine du visible ?
La modélisation fournit, pour y=\text{a} \cdot x+\text{b}, les coefficients :
\text{a} =- 1,10 \times 10-2 nm-1 et \text{b} = 2,74 \times 10-3 nm-1.
GeoGebra
Détails du barème
TOTAL /7,5 pts
0,5 pt
1.
Représenter un axe gradué entre 400 et 800 nm. 1 pt
1.
Positionner précisément les quatre raies.1 pt
2.
Calculer les grandeurs x et y pour les quatre raies.0,5 pt
2.
Présenter sous forme de tableau.1 pt
3.
Choisir judicieusement des minima et des maxima pour les axes.1 pt
3.
Positionner précisément les points.0,5 pt
3.
Tracer une droite d'étalonnage.0,5 pt
3.
Argumenter pour le modèle affine.0,5 pt
4.
Calculer x pour n= 5.0,5 pt
4.
Calculer y grâce aux cœfficients \text{a} et \text{b}.0,5 pt
4.
Calculer \lambda.Ressource affichée de l'autre côté.
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23Copie d'élève à commenter
Proposer une justification pour chaque erreur relevée par le correcteur.
1.
La vitesse de la lumière dans le vide ou dans l'air est égale à 3,00 \times 108 km/h.
2. Proxima du Centaure est située à 4,2 années-lumière de la Terre. Cela représente une distance de4,2 millions de kilomètres.
3. Tous les corps chauds émettentlumière visible.
Les plus chauds vont émettre principalement dans lerouge.
4. Les entités chimiques, atomes, ions ou molécules émettent de la lumière lorsqu'elles sont au repos.
Le spectre est continu avec des raies caractéristiques.
5. On peut identifier des entités chimiques présentes dans une étoile en observant le spectre d'émission reçu sur Terre.
2. Proxima du Centaure est située à 4,2 années-lumière de la Terre. Cela représente une distance de
3. Tous les corps chauds émettent
Les plus chauds vont émettre principalement dans le
4. Les entités chimiques, atomes, ions ou molécules émettent de la lumière lorsqu'elles sont au
Le spectre est
5. On peut identifier des entités chimiques présentes
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24
Comparaison de spectres
✔ APP : Extraire l'information utile sur un spectre Le Soleil présente un spectre lumineux marqué par des raies d'absorption. Ces absorptions ont lieu dans son atmosphère, après l'émission de lumière à sa surface.
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Spectres d'émission d'atomes et spectre d'absorption du Soleil
Quelles sont les entités chimiques présentes dans l'atmosphère du Soleil ?
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AFin de vie du Soleil
✔ APP : Extraire l'information utile
La longévité des étoiles est conditionnée par leur masse. Plus elles sont massives et plus leur vie est courte. Notre étoile est une naine jaune et devrait encore briller pendant cinq milliards d'années. Avec le temps, les réserves d'hydrogène du Soleil vont s'épuiser. En son cœur règnera alors un noyau d'hélium (créé par la fusion de l'hydrogène) qui s'effondrera sur lui-même. L'énergie ainsi libérée va repousser les couches externes du Soleil. Durant environ cinq millions d'années, l'astre va grossir considérablement pour devenir une géante rouge qui engloutira Mercure, Vénus et aussi la Terre. Le cœur d'hélium, à force de s'échauffer, parviendra à atteindre une température de 100 millions de degrés suffisante pour forger du carbone. Cependant la masse restante du Soleil ne sera pas suffisante pour embraser le noyau de carbone. Finalement, faute de rayonnement pour l'empêcher de s'effondrer, le reste du cœur de notre étoile va se contracter et devenir une naine blanche pendant que les couches externes, elles, vont se diluer dans l'espace.
D'après Futura Sciences, Soleil : quand et comment notre étoile va-t-elle mourir ?, Xavier Demeersman, 26/01/2020.
1. Quel est le nom de chacune des trois phases de la vie du Soleil ?
2. Trier ces trois phases par température de la couche externe croissante.
La longévité des étoiles est conditionnée par leur masse. Plus elles sont massives et plus leur vie est courte. Notre étoile est une naine jaune et devrait encore briller pendant cinq milliards d'années. Avec le temps, les réserves d'hydrogène du Soleil vont s'épuiser. En son cœur règnera alors un noyau d'hélium (créé par la fusion de l'hydrogène) qui s'effondrera sur lui-même. L'énergie ainsi libérée va repousser les couches externes du Soleil. Durant environ cinq millions d'années, l'astre va grossir considérablement pour devenir une géante rouge qui engloutira Mercure, Vénus et aussi la Terre. Le cœur d'hélium, à force de s'échauffer, parviendra à atteindre une température de 100 millions de degrés suffisante pour forger du carbone. Cependant la masse restante du Soleil ne sera pas suffisante pour embraser le noyau de carbone. Finalement, faute de rayonnement pour l'empêcher de s'effondrer, le reste du cœur de notre étoile va se contracter et devenir une naine blanche pendant que les couches externes, elles, vont se diluer dans l'espace.
D'après Futura Sciences, Soleil : quand et comment notre étoile va-t-elle mourir ?, Xavier Demeersman, 26/01/2020.
1. Quel est le nom de chacune des trois phases de la vie du Soleil ?
2. Trier ces trois phases par température de la couche externe croissante.
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BSpectre du Soleil
✔ APP : Extraire l'information utile
Le graphique ci-dessous montre l'allure du spectre du Soleil, observé depuis la Terre. L'un correspond au milieu de la journée, et l'autre correspond au crépuscule.
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1. Sur le graphique, où se situe le domaine des infra-rouges ? Celui des ultra-violets ? Celui du visible ?
2. Identifier à quel moment de la journée correspond chacun des deux spectres.
3. Ce changement de l'allure du spectre est-il dû à un changement de la température du Soleil ? Si non, à quoi est-il dû ?
4. Expliquer pourquoi le Soleil apparaît jaune sur Terre, alors qu'il apparaît blanc pour les astronautes qui l'observent depuis la station spatiale internationale.
2. Identifier à quel moment de la journée correspond chacun des deux spectres.
3. Ce changement de l'allure du spectre est-il dû à un changement de la température du Soleil ? Si non, à quoi est-il dû ?
4. Expliquer pourquoi le Soleil apparaît jaune sur Terre, alors qu'il apparaît blanc pour les astronautes qui l'observent depuis la station spatiale internationale.
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