corrigé

THÈME : UNIVERS
EXPLORATION DE L’UNIVERS
SPECTRES LUMINEUX
DS
SECONNDE
NOM : ............................
PRÉNOM : ......................
I. SAVOIR RECONNAITRE LES DIFFÉRENTS SPECTRES (4 PTS)
Compléter la légende, en indiquant la lettre
majuscule qui désigne le spectre sur le document ci
contre
1) Spectre de raies d’émission C
2)
Spectre continu B
3)
Spectre de bandes d’absorption A
4)
Spectre de raies d’absorption D
CLASSE
DS4 4
2011
: ............... DATE : .....................................
4
II. SAVOIR SCHÉMATISER UNE EXPÉRIENCE : LA RÉALISATION D’UN SPECTRE DE BANDE D’ABSORPTION (2PTS)
Construire dans le cadre ci contre, un montage permettant d’obtenir un spectre de bande d’absorption en
choisissant les éléments du montage parmi les représentations ci-dessous
Construire le schéma
ici
Becher
contenant
un liquide
coloré
Lampe à
décharge
source de
lumière
blanche
Écran
Ou bien
2
prisme
Réseau de
diffraction
fente
Filtre
coloré
III. SAVOIR RESTITUER SES CONNAISSANCES ET MAITRISER LE VOCABULAIRE(2,5 + 1,5 = 4PTS)
a) Comment obtenir les différents spectres : Compléter les phrases suivantes
1) Le spectre de la lumière émise par un corps dense et chaud est un spectre continu
2) Le spectre de la lumière émise par un gaz sous faible pression est un spectre de raies d’émission
3) Le spectre de la lumière directement émise par une source est un spectre d’émission
4) Le spectre de la lumière obtenu après la traversée d’une substance transparente éclairé en lumière
blanche est un spectre d’absorption
5) Le spectre de la lumière provenant d’une étoile est un spectre de raies d’absorption
b) Savoir interpréter les informations d’un spectre : Cocher les bonnes réponses
1) Lorsque la température augmente, le spectre de la lumière émise par un corps condensé et chaud :
 s’enrichit de radiations vers le violet
 s’enrichit de radiations vers les rouges
 devient un spectre de raies
2) Le fond continu du spectre de la lumière provenant d’une étoile donne des renseignements sur
 la composition chimique de son atmosphère
 La température de sa surface
 la température de son atmosphère
3) Les raies sombres du spectre d’absorption d’un gaz constitué du même atome :
 ont les mêmes places que dans le spectre d’émission de ce gaz
 sont plus nombreuses que dans le spectre d’émission de ce gaz
 changent de place suivant la température du gaz
IV.SAVOIR UTILISER SES COMPÉTENCES ET JUSTIFIER (4PTS)
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
THÈME : UNIVERS
EXPLORATION DE L’UNIVERS
SPECTRES LUMINEUX
DS
SECONNDE
DS4 4
2011
NOM : ............................
PRÉNOM : ......................
CLASSE : ............... DATE : .....................................
a) Le spectre ci-dessous représente le spectre simplifié de
Parmi ces trois gaz lesquels sont présents
la lumière d’une étoile.
avec certitude dans l’atmosphère de cette
étoile, justifier le plus précisément possible
votre réponse
On peut affirmer que les gaz A et C sont
On dispose par ailleurs des spectres d’émission de trois gaz
présents avec certitude dans l’atmosphère
A, B, C
qui entoure l’étoile
En effet le spectre de raies d’absorption de
A
2
la lumière provenant de cette étoile
présente des raies sombres aux mêmes
B
positions que les raies d’émissions des gaz A
et C. Les longueurs d’ondes des radiations
C
absorbées par l’atmosphère de l’étoile sont
les mêmes que celles que sont capables
d’émettre les gaz A et C . Ce qui permet
d’affirmer qu’elle renferme ces deux gaz .
b) La figure ci contre représente le fond continu du spectre
du soleil à deux moments de la journée : milieu du jour et
coucher de soleil. Les raies d’absorption n’ont pas été
représentées
Rouge
violet
1) À quel moment de la journée le spectre 1 a-t-il été réalisé ?
Les radiations bleues et violettes sont absentes dans le spectre 1 il est probable que ce spectre ait été
réalisé au coucher du soleil car qui ne l’aurait pas constaté le soleil couchant a un aspect rougeâtre
1
2) Sachant que température de surface du soleil ne change pas au cours de la journée, comment
pouvez vous justifier la modification du spectre au cours de la journée ?
La température de surface du soleil ne variant pas on ne peut pas attribuer l’absence des radiations de
courtes longueurs d’onde à la température de surface de notre étoile
Il est plus probable que ces radiations qui font défaut soient absorbées par une substance
Au coucher de soleil les rayons qui nous parviennent sont très inclinés et traverse donc une épaisseur
1
beaucoup plus importante de l’atmosphère que lorsque celui-ci se trouve au zénith au milieu de la
journée. Au coucher de soleil l’atmosphère terrestre se comporte alors comme un filtre coloré. Le
spectre obtenu au couchant est donc un spectre de bandes d’absorption.
Alors qu’au milieu de la journée les rayons sont peu incliné et traverse une couche moins épaisse de
l’atmosphère terrestre et l’absorption est alors minime
V. SAVOIR CLASSER LES OBJETS DE L’UNIVERS SELON LEUR ORDRE DE GRANDEUR(5PTS)
Compléter les colonnes du tableau ci-dessous
1) convertir en mètre les dimensions proposées dans la première colonne
2) écrire les valeurs trouvées en notation scientifique
3) en déduire leurs ordres de grandeur
4) classer ces dimensions dans l’ordre croissant
5) Associer l’objet qui lui correspond parmi les objets suivants diamètre d’un cheveu ; bactérie ;
distance Terre-Soleil
Donnée : situation des préfixes décimaux dans le tableau de conversion
5
dimension
Conversion
(m)
Notation scientifique
(m)
Ordre de
grandeur
(m)
10– 6
Classement
dimension
croissante
1
2,43 µm
2,43  10– 6
2,43  10– 6
150 Gm
150  109
1,50  1011
1011
3
0,061 mm
0,061  10–3
6,1  10–5
10–4
2
Objet associé
bactérie
Distance Terre
Soleil
Diamètre cheveu
THÈME : UNIVERS
EXPLORATION DE L’UNIVERS
SPECTRES LUMINEUX
DS
SECONNDE
NOM : ............................
PRÉNOM : ......................
I. SAVOIR RECONNAITRE LES DIFFÉRENTS SPECTRES
Compléter la légende, en indiquant la lettre
majuscule qui désigne le spectre sur le document ci
contre
1) Spectre de raies d’émission C
2)
Spectre continu
3)
Spectre de bandes d’absorption
4)
Spectre de raies d’absorption D
CLASSE
DS4 4
2011
: ............... DATE : .....................................
B
A
II. SAVOIR SCHÉMATISER UNE EXPÉRIENCE : LA RÉALISATION D’UN SPECTRE DE BANDE D’ABSORPTION
Construire dans le cadre ci contre, un montage permettant d’obtenir un spectre de bande d’absorption en
choisissant les éléments du montage parmi les représentations ci-dessous
Construire le schéma ici
Becher
contenant
un liquide
coloré
Lampe à
décharge
source de
lumière
blanche
écran
Ou bien
prisme
Réseau de
diffraction
fente
Filtre
coloré
III. SAVOIR RESTITUER SES CONNAISSANCES ET MAITRISER LE VOCABULAIRE
a) Comment obtenir les différents spectres : Compléter les phrases suivantes
1) Le spectre de la lumière émise par un corps dense et chaud est un spectre
continu
2) Le spectre de la lumière émise par un gaz sous faible pression est un spectre de raies d’émission
3) Le spectre de la lumière directement émise par une source est un spectre
d’émission
4) Le spectre de la lumière obtenu après la traversée d’une substance transparente éclairé en lumière
blanche est un spectre d’absorption
5) Le spectre de la lumière provenant d’une étoile est un spectre de raies d’absorption
b) Savoir interpréter les informations d’un spectre : Cocher les bonnes réponses
1) Lorsque la température augmente, le spectre de la lumière émise par un corps condensé et chaud :
 s’enrichit de radiations vers le violet
 s’enrichit de radiations vers les rouges
 devient un spectre de raies
2) Le fond continu du spectre de la lumière provenant d’une étoile donne des renseignements sur
 la composition chimique de son atmosphère
 La température de sa surface
 la température de son atmosphère
3) Les raies sombres du spectre d’absorption d’un gaz constitué du même atome :
 ont les mêmes places que dans le spectre d’émission de ce gaz
 sont plus nombreuses que dans le spectre d’émission de ce gaz
 changent de place suivant la température du gaz
IV.SAVOIR UTILISER SES COMPÉTENCES ET JUSTIFIER
THÈME : UNIVERS
EXPLORATION DE L’UNIVERS
SPECTRES LUMINEUX
DS
SECONNDE
DS4 4
2011
NOM : ............................
PRÉNOM : ......................
CLASSE : ............... DATE : .....................................
a) Le spectre ci-dessous représente le spectre simplifié de
Parmi ces trois gaz lesquels sont présents
la lumière d’une étoile.
avec certitude dans l’atmosphère de cette
étoile, justifier le plus précisément possible
votre réponse
On peut affirmer que les gaz A et C sont
On dispose par ailleurs des spectres d’émission de trois gaz
présents avec certitude dans l’atmosphère
A, B, C
qui entoure l’étoile
En effet le spectre de raies d’absorption de
A
la lumière provenant de cette étoile
présente des raies sombres aux mêmes
B
positions que les raies d’émissions des gaz A
et C. Les longueurs d’ondes des radiations
C
absorbées par l’atmosphère de l’étoile sont
les mêmes que celles que sont capables
d’émettre les gaz A et C . Ce qui permet
d’affirmer qu’elle renferme ces deux gaz .
b) La figure ci contre représente le fond continu du spectre
du soleil à deux moments de la journée : milieu du jour et
coucher de soleil. Les raies d’absorption n’ont pas été
représentées
Rouge
violet
1) À quel moment de la journée le spectre 2 a-t-il été réalisé ?
Toutes les radiations sont présentes dans le spectre 2 alors que les radiations bleues et violettes sont
absentes dans le spectre1 il est probable que ce spectre ait été réalisé au milieu de la journée car qui
ne l’aurait pas constaté le soleil à ce moment de la journée a un aspect blanc jaune car il est riche en
radiations visibles du bleu au violet
2) Sachant que température de surface du soleil ne change pas au cours de la journée, comment
pouvez vous justifier la modification du spectre au cours de la journée ?
La température de surface du soleil ne variant pas on ne peut pas attribuer l’absence des radiations de
courtes longueurs d’onde à la température de surface de notre étoile
Il est plus probable que ces radiations qui font défaut soient absorbées par une substance
Au coucher de soleil les rayons qui nous parviennent sont très inclinés et traverse donc une épaisseur
beaucoup plus importante de l’atmosphère que lorsque celui-ci se trouve au zénith au milieu de la
journée. Au coucher de soleil l’atmosphère terrestre se comporte alors comme un filtre coloré. Le
spectre obtenu au couchant est donc un spectre de bandes d’absorption
Alors qu’au milieu de la journée les rayons sont peu incliné et traverse une couche moins épaisse de
l’atmosphère terrestre et l’absorption est alors minime
V. SAVOIR CLASSER LES OBJETS DE L’UNIVERS SELON LEUR ORDRE DE GRANDEUR
Compléter les colonnes du tableau ci-dessous
1) convertir en mètre les dimensions proposées dans la première colonne
2) écrire les valeurs trouvées en notation scientifique
3) en déduire leurs ordres de grandeur
4) classer ces dimensions dans l’ordre croissant
5) Associer l’objet qui lui correspond parmi les objets suivants diamètre de l’atome hydrogène ; noyau
de l’atome hydrogène ; taille d’une galaxie
Donnée : situation des préfixes décimaux dans le tableau de conversion
dimension
0,10 pm
9,5.108 Tm
0,20.101 nm
Conversion
(m)
0,10  10– 12
9,5.  1081012 =9,5.1020
0,20.101 10–9 =0,20. 10-8
Notation
scientifique
(m)
1,0  10– 13
9,5.  1020
2,0. 10–9
Ordre de
grandeur
(m)
10– 13
1021
10–9
Classement
dimension
croissante
1
3
2
Objet associé
Noyau atome
galaxie
Atome *
DS
SECONNDE
THÈME : UNIVERS
EXPLORATION DE L’UNIVERS
SPECTRES LUMINEUX
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NOM : ............................
PRÉNOM : ......................
CLASSE : ............... DATE : .....................................
VI.SAVOIR EXPLOITER UNE LOI PHYSIQUE POUR DÉTERMINER LA TEMPÉRATURE DE SURFACE D’UNE ÉTOILE (BONUS)
On a vu que l’intensité de la lumière émise par un corps condensé et chaud est différente pour chaque
radiation contenue dans cette lumière.
Elle est maximale pour une radiation dont la longueur d’onde est notée  m .
 m dépend de la température du corps par la relation :
 m ( +273) = 2,9.106 où  représente la température du corps exprimée en °C , m étant exprimée en nm
Dans un livre d’astronomie on peut lire que la température de surface de Bételgeuse est de 2900°C
1) Déterminer la longueur d’onde de la radiation la plus lumineuse émise par Bételgeuse
 m ( +273) = 2,9.106
,.
m=
 
 = 2900°C
,.
d'où
0,00091396

,.
= 0,000913106

 m = 913 nm
m=
2)
Cette longueur d’onde correspond-elle à une radiation visible ? sinon, quelle est la couleur des
radiations visibles les plus proches de m
 m > 800 nm Cette radiation n’est donc pas visible pour l’œil humain
Cette radiation appartient à la gamme des ondes électromagnétiques appelée infrarouges.
La radiation visible la plus proche de cette radiation est de couleur rouge
3) En déduire la couleur Bételgeuse vue à l’œil nu.
Les radiations visibles les plus intenses sont donc les rouges
L’étoile apparaitra donc rougeâtre
VII.
SAVOIR EXPLOITER UN DOCUMENT EN UTILISANT SES CONNAISSANCES (BONUS)
1) En observant l’ombre de la main de Lucky Luke, peut on dire que
cette ombre nous permet de voir dans le proche passé de Lucky
Luke ?
L’ombre de la main de Lucky Luke se construit par les rayons
lumineux qui frôlant sa silhouette elle se construit donc avec un
temps infime de retard qui est exagéré par le dessinateur
On observe donc bien le proche passé de Lucky Luke
2) Cependant, l’impact de la balle dessiné « dans l’ombre contredit les lois de la physique. Pourquoi ?
La balle étant tirée dans le présent de Lucky luke après que l’ombre se soit formée ; elle ne peut atteindre
l’ombre et y produire un impact il faudrait pour cela qu’elle se meuve à une vitesse supérieure à la vitesse
de la lumière or il est établit qu’aucun phénomène matériel ne peut se déplacer et à fortiori dépasser la
vitesse de la lumière
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