Jeudi 01/10/ 2015 DEVOIR SURVEILLE N°1 Exercice n°1

Jeudi01/10/2015
DEVOIRSURVEILLEN°1
1èreS
Chaque réponse devra être rédigée. On déterminera d'abord les relations littérales et on fera ensuite les applications
numériques(aucunpointneseraattribuépourlescalculsintermédiaires).Chaquerésultatdoitêtreaccompagnédesonunité
etdonnéavecunnombredechiffressignificatifscohérentaveclesdonnées.
Donnéespourtouslesexercices:
h=6,63x10-34J.s
c=3,00x108m.s-1
1,00eV=1,60x10-19J
Loi de Wien : λmax×T = 2,89×10-3 avecλmax: longueur d’onde principalement émise parle corps en mètres (m) et
T:températureducorpsenKelvin(K).
LatempératureTenKelvinestreliéeàlatempératureθen°Cparlarelation:T=θ+273
Exercicen°1:
Doc.1Leslampesàvapeursdenéon
Onappelleparabusdelangage“tubenéon”lestubes
fluorescentsallongésvendusdanslecommerce.Cestubes
contiennent,engénéral,delavapeurdemercuresousfaible
pression.Lesvéritablestubesaunéonproduisentune
lumièrerouge,utiliséeprincipalementdansdesenseignes
lumineuses.Lorsquelalampeestmisesoustension,des
électronscirculentdanslegazentredeuxélectrodes.Les
électronscèdentalorsdel’énergieauxatomesquis’excitent,
puissedésexcitentenémettantdelalumière.
Questions
1. Parmilesradiationsémisesparletubeaunéon,l’uned’ellepossèdeunelongueurd’ondedansle
videλ=621,5nm.
a. Calculerlafréquencedecettelongueurd’onde. b. Calculer,enjoule(J)puisenélectronvolt(eV),l’énergieassociéeàcetteradiation.
2. Cetteénergieest-ellegagnéeouperdueparl’atomedenéonquiémetcetteradiation?Justifier.
3. Schématiser,paruneflèchesurlediagrammed’énergiedudocument2,latransition
correspondante.Justifierparuncalcul.
4. Unatomedenéonestdansl’étatd’énergieE2.
a. Peut-ilabsorberuneénergieE=2,0eV?E=3,8eV?E=16,9eV.Justifierparuncalcul.
b. Laraiecorrespondanteest-elleuneraied’émissionoud’absorption?Justifier.
Exercice2
Avec autant d’étoiles brillantes facilement visibles depuis la surface de la Terre, Orion
(schématisé ci-contre) est l’une des plus anciennes constellations observée par
l’homme.LesdeuxprincipalesétoilesdecetteconstellationsontBételgeuseetRigel.
1
2
1
1
1
1,5
1
Leprofilspectraldechacunedesétoilesestdonnéci-dessus.Ildonnel’intensitérelative(relativeintensity)de
chaqueradiationenfonctiondelalongueurd’onde(wavelength).
1. Donnerlesvaleursdelongueurd’ondedélimitantlespectredesradiationsvisibles.Indiquerle
domainedesinfrarougesetdesultraviolets.
2. L’unedesétoilesaunecouleurblanc-bleu,l’autreunecouleurorangée.Déterminerlacouleurde
chacunedesétoilesàpartirdesonprofilspectral.
3. Pourchacunedesétoiles,évaluerlalongueurd’ondedanslevideλmaxdelaradiationémiseavec
lemaximumd’intensitérelative.
4. CalculerlatempératuredesurfacedechacunedecesétoilesenKelvinpuisendegréCelsius. 1
0,5
1
1
2
Exercice3
Remarque : On considèrera, pour l’exercice, que la lumière blanche est constituée uniquement de radiations
lumineusesbleue,rougeetverte.
1. Un citron jaune et sa feuille verte sont éclairés par une source de lumière blanche. Expliquer
pourquoi notre œil perçoit le citron jaune en utilisant le vocabulaire scientifique suivant :
absorber,diffuser,radiation,cônes.
2. Unfiltrecolorécyanestplacéentrelalampeetlecitron.
2
1
1
a. En décomposant la lumière blanche en ses 3
radiations, représenter le parcours des rayons
lumineuxjusqu’àl’œil.Placerlalégendesuivantesur
le schéma : lumière diffusée, lumière incidente,
lumièretransmise.
b. Quelles sont alors les couleurs perçues par
l’observateur du citron et de sa feuille éclairés en
lumière cyan ? Justifier en utilisant le vocabulaire
scientifiqueapproprié.
2
Correctiondudevoirn°1
Exercicen°1
1. a. ν=c/λ=3,00.108/621,5.10-9=4,87.1014Hz
b. Ephoton = (h × c)/ λ = (6,63.10-34 × 3,00.108)/
621,5.10-9=3,20.10-19J
Ephoton=3,20.10-19/1,60.10-19=2,00eV
2. L’atome de néon se désexcite en libérant un photon
d’énergie2,00eV,ilperddoncdel’énergie.
3. ΔEatome=|E3–E4|=|-2,9–(-0,9)|=|-2,0|=2,0eV
4. E2 = -4,7 eV est l’énergie initiale. S’il absorbe une
énergie,sonénergiefinaleseraplusgrande.
a. ΔE=Ef–E2avecEfniveaud’arrivéepossiblealorsEf=E2+ΔE
SiΔE=2,0eValorsEf=-2,7eV,iln’yapasdeniveaud’énergiepourcettevaleur,ilnepeutpasabsorber2,0eV.
SiΔE=3,8eValorsEf=-0,9eV,ilyaunniveaud’énergiepourcettevaleur,ilpeutdoncabsorber3,8eV.
SiΔE=16,9eValorsEf=12,2eV,iln’yapasdeniveaud’énergiesupérieurà0eV,ilnepeutpasabsorber16,9
eV.
b. L’énergie absorbée correspond à l’absorption d’un photon par l’atome, la raie correspondante
serauneraied’absorption.
Exercicen°2
1. Leslongueursd’ondeduspectredesradiationsvisibless’étendentde380à780nm(oude400à800
nm). Les ultra-violets correspondent aux longueurs d’onde inférieures à 380 nm (ou 400 nm) et les
infrarougescorrespondentauxlongueursd’ondesupérieuresà780nm(ou800nm).
2. L’étoileRigelaunecouleurblanc-bleucarsonprofilspectralauneintensitérelativeélevéeentre400et
550nm.L’étoileBételgeuseaunecouleurorangécarsonprofilspectralauneintensitérelativeélevée
entre600et680nm.
3. D’aprèsleprofilspectral,l’étoileRigelauneintensitémaximalpourλmax1=380nm.
D’aprèsleprofilspectral,l’étoileBételgeuseauneintensitémaximalpourλmax2=655nm.
4. EnutilisantlaloideWien:λmax×T=2,89.10-3soitT=2,89.10-3/λmax
Rigel:T1=2,89.10-3/λmax1=2,89.10-3/380.10-9=7,61.103Ksoitθ1=T1–273=7,61.103–273=7,33.103°C
Bételgeuse:T2=2,89.10-3/λmax2=2,89.10-3/655.10-9=4,41.103Ksoitθ2=T2–273=4,41.103–273=4,14.103°C
Exercicen°3
1. Le citron jaune absorbe les radiations bleues de la lumière blanche et diffuse les radiations vertes et
rouges qui vont stimuler les deux cônes de l’œil correspondant. Notre cerveau aura une sensation de
couleurjaune.
2. lumièreincidente
lumière
diffusée
lumière
transmise
a.
b. Le filtre absorbe les radiations rouges de la lumière blanche. Seules les radiations vertes et
bleuessonttransmisesaucitronjauneetàsafeuilleverte.Ilsabsorbenttouslesdeuxradiations
bleues et diffusent donc seulement les radiations vertes. Le citron et sa feuille seront donc
perçusvertsparlecerveau.