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BACCALAUREAT TECHNOLOGIQUE : SCIENCES ET TECHNOLOGIES DE LABORATOIRE
Coeff : 5
Session 2001
Durée : 3 heures
Option : Optique et Physico-Chimie
PHYSIQUE DE LABORATOIRE
ET DE PROCEDES INDUSTRIELS
E
PREUVE
:
OPTIQUE ET PHYSICO CHIMIE
Partie Théorique
NORMAL
Ce sujet comporte 7 pages
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OEPLME101
La calculatrice (conforme à la circulaire N°99-186 du 16-11-99) est autorisée
Deux documents réponses sont à rendre avec la copie
Une feuille de papier millimétré
CHIMIE (4 points)
On considère le nucléïde :
13
27
Al .
1. Que représentent les nombres 13 et 27 ? Quelle est la composition du noyau d'un atome d'aluminium
?
2. a) Donner la configuration électronique d'un atome d'aluminium pris dans son état fondamental en
plaçant les électrons dans les cases quantiques.
b) En déduire la place occupée par cet élément chimique dans la classification périodique.
c) L'aluminium donne préférentiellement un ion stable. Lequel ?
Donner la configuration électronique de cet ion. Pour passer de l'atome à l'ion, l'élément
aluminium subit une modification électronique qui met en évidence une propriété chimique
commune aux métaux. Quelle est cette propriété ?
3.
A l'état solide, l'aluminium cristallise dans le système cubique à faces centrées. Compléter le schéma
fourni sur le document-réponse "Chimie" afin de représenter une maille de ce cristal.
Calculer le nombre d’atomes de Al appartenant en propre à une maille.
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Partie Théorique
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DOCUMENT-REPONSE "Chimie"
(A compléter et à rendre avec la copie)
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OPTIQUE ET PHYSICO CHIMIE
Partie Théorique
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OPTIQUE
(16 points)
I –
Etude d'un viseur de banc d'optique
1°)
L'objectif du viseur, lentille mince de distance focale f '
ob
= +80 mm, est un achromat constitué de
deux lentilles minces accolées L
1
et L
2
, de vergence C
1
et C
2
, taillées dans des verres différents de
constringences :
ν
1
= 60,5 et
ν
2
= 35,5.
1.1
Calculer les vergences C
1
et C
2
des deux lentilles.
1.2
La lentille L
1
est équiconvexe. Exprimer la vergence de la lentille en fonction des rayons de
courbure R
1
et R
2
de ses faces, en précisant sur un schéma orienté la signification de R
1
et R
2
.
Application numérique : la valeur commune du rayon de courbure est 34 mm. Calculer l'indice n
du verre de la lentille L
1
.
2°)
Différents oculaires peuvent s'adapter à la monture de ce viseur.
L'un d'eux est représenté sur la figure n°1. Il peut coulisser dans un tube qui porte le réticule R et se
fixe au corps du viseur.
2.1
Un observateur emmétrope n'accommodant pas règle l'oculaire à sa vue. Où se trouve alors
l'image du réticule donnée par l'oculaire ?
2.2
Quelle est la position du réticule ? Pourquoi peut-on affirmer qu'il s'agit d'un oculaire positif ?
2.3
Cet oculaire est schématisé sur la figure n°2 : F
1
et F'
1
sont les foyers du verre de champ, F
2
et F'
2
sont les foyers du verre d'oeil.
2.3.1
Ecrire le symbole de ce doublet : f '
1
et f '
2
désignent les distances focales et a désigne le
paramètre du doublet.
2.3.2 Exprimer littéralement,
en fonction du paramètre a
, la position des foyers F
oc
et F'
oc
, des
plans principaux H
oc
et H'
oc
de ce doublet.
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3°)
Le viseur, qui a pour objectif l'achromat de distance focale f '
ob
, décrit à la question (1) est équipé de
cet oculaire. L'observateur emmétrope l'utilise pour pointer, sans accommoder, un point objet A, situé
sur l'axe. La distance de visée (ou distance de l'objet à l'objectif O du viseur) est alors 155 mm.
3.1
Déterminer la position de l'image objective A
1
, par rapport à l'objectif.
3.2
Placer sur le schéma (figure n°3 du document réponse "Optique") sans respecter l'échelle, le
foyer F
oc
de l'oculaire, l'image objective A
1
et le réticule R.
4°)
Un observateur myope souhaite viser l'objet A, sans accommoder et sans modifier la distance de
visée. Son punctum remotum est à 60 cm de l'oeil. L'oeil est en F'
oc
. la distance focale de l'oculaire est
f '
oc
= 4,5 cm.
4.1
L'observateur déplace l'oculaire dans le tube T.
Calculer la nouvelle position du foyer objet F
oc
de l'oculaire par rapport à l'image objective A
1
.
4.2
Les figures
4 a)
et
4b)
ne sont pas à l'échelle.
Laquelle de ces deux figures correspond à l'utilisation du viseur par l'observateur myope.
Justifiez votre réponse.
4.3 L'observateur myope doit-il enfoncer ou tirer l'oculaire ?
II – Spectroscope à réseau
1°)
Le réseau par transmission, posé sur le plateau d'un spectroscope, est éclairé par un faisceau de
lumière parallèle. On désigne par
i
l'angle d'incidence, par
i'
l'angle de diffraction, par
a
le pas du
réseau et par
k
l'ordre du spectre observé.
λ
est la longueur d'onde.
Rappeler la formule fondamentale des réseaux et préciser sur un schéma la convention de signe.
2°)
Une lampe à vapeur de sodium est utilisée pour réaliser les réglages. On fait en sorte que les rayons
diffractés d'ordre 1 pour la radiation jaune (
λ
= 589,3 nm)
soient normaux au plan du réseau
. Ce
réseau comporte 100 traits/mm.
2.1
Calculer l'angle d'incidence i.
2.2
Sur un schéma (non à l'échelle), placer le réseau, le collimateur et la lunette. Indiquer les
directions des rayons incidents et diffractés.
3°)
On remplace la lampe précédente par une lampe à vapeur de mercure de façon à observer le spectre
d'ordre 1. Dans le tableau,
α
désigne la position de la lunette.
lampe
couleur
λ
(nm)
α
Na
jaune
589,3
176°40’
Hg
jaune
jaune
vert
indigo
violet
579,1
577,0
546,1
435,8
404,7
176°44’
176°45’
176°56’
177°34’
177°45’
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3.1
Tracer, sur papier millimétré, la courbe d'étalonnage
α
= f(
λ
). Echelle : en abscisses 1 cm pour
10 nm - en ordonnées 1 cm pour 10’.
3.2
Quel nom donne t-on au spectre observé ?
3.3
Utiliser la courbe pour déterminer le rapport :
Δα
/
Δλ
(unité : °/nm)
après avoir indiqué les points
A et B choisis pour faire ce calcul. Ce rapport représente la dispersion angulaire du réseau.
3.4
La valeur théorique de la dispersion angulaire du réseau à l'ordre k est donnée par la relation
i'
cos
a
k
Δλ
Δ
i'
=
. Calculer
Δλ
Δ
i'
(unité : rad/m)
, pour ce réseau, utilisé dans les conditions de
l'expérience.
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OEPLME101
F’
2
Figure n°2
a
F’
1
F
2
F
1
Figure n°1
réticule R
tube T
verre d’oeil
oculaire
O
1
O
2
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Partie Théorique
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DOCUMENT REPONSE "Optique"
(A rendre avec la copie)
Viseur
F’
OC
Figure n°3
oculaire
objectif
Figure n°4
F
OC
A
1
objectif
A
1
F
OC
4a)
4b)
OEPLME101
(PL99048/PL01016)
FICHE DE MATIERE D'OEUVRE
BACCALAUREAT TECHNOLOGIQUE (S.T.L.)
Physique de Laboratoire et de Procédés Industriels
Session Normale 2001
OPTIQUE ET PHYSICO CHIMIE - Partie Théorique
Durée : 3 heures - Coefficient : 5
A fournir par le centre d'examen :
Feuilles de copie
Feuilles de brouillon
Feuilles de papier millimétré.
A fournir par le candidat :
La calculatrice (conforme à la circulaire N°99-186 du 16-11-99) est autorisée
Documents interdits :
Tous les documents sont interdits.
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OPTIQUE ET PHYSICO CHIMIE
Partie Théorique
Normale
Ce Corrigé comporte
pages
Page 1/
PL99048C
CORRIGE BAREME
1.
Z = 13 : numéro atomique
A = 27 : nombre de masse
13 protons
14 neutrons
0,25 point
0,25 point
0,5 point
a) 13 électrons
1s
2
2s
2
2p
6
3s
2
3p
1
0,5 point
b) 3
ème
ligne
3
ème
colonne (ou 1
ère
colonne du bloc p)
0,5 point
2.
c) Al
3+
; 1s
2
2s
2
2p
6
2
×
0,25 point
Caractère réducteur
0,5 point
3.
Document complété
0,5 point
Nombre d’atomes en propre
8
×
8
1
+ 6
×
2
1
= 4
0,5 point
↑↓
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↑↓
↑↓
↑↓
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