Optique et Physico Chimie 1999 S.T.L (Physique de laboratoire et de procédés industriels) Baccalauréat technologique

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Examen du Secondaire Baccalauréat technologique. Sujet de Optique et Physico Chimie 1999. Retrouvez le corrigé Optique et Physico Chimie 1999 sur Bankexam.fr.
Publié le : mardi 5 juin 2007
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BACCALAUREAT TECHNOLOGIQUE : SCIENCES ET TECHNOLOGIES DE LABORATOIRE
Coeff : 5
Session 1999
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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La calculatrice est autorisée.
Un document-réponse est à rendre avec la copie.
Deux feuilles de papier millimétré sont nécessaires
PHYSICO-CHIMIE (4 points)
1°)
Comment définit-on l'énergie de première ionisation d'un atome ?
2°)
Une vapeur métallique s'ionise lorsqu'elle est soumise à une radiation dont la longueur d'onde dans
le vide est de 250 nm.
Calculer l'énergie de première ionisation
e
i
pour un atome de cette vapeur métallique.
Exprimer le résultat en Joules et en électron-volts.
Calculer l'énergie de première ionisation
E
i
en J.mol
-1
pour une mole d'atomes.
3°)
La variation de l'énergie de première ionisation en fonction du numéro atomique
Z
est donnée par la
courbe représentée figure 1.
3.1) A quelle famille appartiennent les éléments correspondant aux sommets des pics
principaux ? Quelle particularité présente leur structure électronique externe ?
3.2) Les éléments correspondant aux minima observés sur la courbe appartiennent à une même
famille.
Quelle est cette famille ? Quelle particularité présente leur structure électronique externe ?
Citer une propriété commune à ces éléments.
Données :
constante de Planck
h
= 6,62
×
10
-34
J.s.
nombre d'Avogadro
N
= 6,02
×
10
23
mol
-1
célérité de la lumière
c = 3
×
10
8
m.s
-
1
(dans le vide)
1 eV = 1,6
×
10
-19
J
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0
5
15
20
25
10
Z
Pr
La
Cs
I
Sb
In
Ag
Rh
Nb
Y
Rb
Br
As
Ga
Cu
Co
Mn
V
Se
K
Cl
P
Al
Na
F
N
Mo
Nd Sm
Ce
Ba
Xe
Te
Sn
Cd
Pd
Ru
Zr
Sr
Kr
Se
Ge
Zn
Ni
Fe
Cr
Ti
Ca
Ar
S
Mg Si
Ne
O
C
B
He Be
Li
H
Variation de l'énergie de première ionisation des éléments en fonction de
Z
énergie de première ionisation en eV
Figure 1
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OPTIQUE (16 points)
Exercice n°1 : Grossissement d’un microscope.
I.
Un observateur accommode pour observer, à la
distance minimale de vision distincte d, les images A’B’
d’un objet AB vu à travers un microscope. On obtient les
schémas suivants représentant l’observateur accommodant
à la distance d, pour observer l’objet AB à l’oeil nu, puis
l’image A’B’ de AB à travers le microscope.
Définir le grossissement et montrer à l'aide du
schéma ci-contre que dans ce cas le grandissement linéaire
γ
et le grossissement G sont égaux.
α
'
α
d
oeil
oeil
B
B'
A'
A
d
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II.
Le microscope est muni d’un oculaire marqué x 6 et
d’un objectif marqué x 10.
1°) Que signifient ces 2 valeurs ?
2°) On met en position un micromètre objectif et on
adapte à l’oculaire la chambre claire. L’observateur, dont
l’oeil est en O,
confondu avec le foyer image F' du
microscope
, voit donc simultanément à la distance d,
l’image A’B’ de l’objet AB et l’image Q’ de la feuille Q, qui
est à une distance d.
L’observateur en déplaçant le plateau à crémaillère M où se
trouve la feuille Q, fait varier la distance de visée d. Il joue
donc le rôle d’observateurs différents dont les distances
minimales de visions distinctes d sont celles du tableau
suivant
Sur la feuille on trace l'image A'B' correspondant à un nombre choisi de graduations du
micromètre, on mesure cette image A'B'.
En faisant varier la distance de visée, on obtient les résultats suivants :
d (cm)
23,5
28,5
33,5
38,5
43,5
48,5
53,5
AB (mm)
1,50
1,50
1,30
1,30
1,20
1,20
1,10
A’B’ (mm)
88
107
109
127
132
146
148
G
Compléter le tableau sur le document réponse.
3°) Tracer la courbe G = f(d) (avec des axes incluant le zéro) sur papier millimétré. Quelle relation
y a-t-il entre G et d ?
Echelle : en abscisse, 1 cm représente 5 cm et en ordonnée 1 cm représente 10.
4°) Utiliser le graphe pour déterminer la puissance intrinsèque du microscope après avoir justifié
la démarche suivie.
A
B
Q
Q’
A’
B’
M
E
h
S
O
L
d
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Exercice n° 2 : Appareil photo.
Un photographe fait un reportage sportif lors du 100 m des jeux olympiques. Il veut photographier
Maurice Green qui se déplace perpendiculairement à l’axe optique à une distance de 20 m . Le coureur
mesure 1,80 m et le format de la pellicule est de (18
×
24) mm.
1°) Le temps de pose pour prendre la photo doit-il être grand ou petit ? Pourquoi ?
2°) On considère chacun des objectifs comme une lentille mince. Le photographe dispose de
3 objectifs de focales 50 mm; 135 mm et 300 mm .Calculer la taille de l'image dans les 3 cas et en déduire
quel objectif il doit choisir pour que l’image du coureur soit la plus grande possible mais qu'elle soit tout
entière sur la pellicule.
3°) En fait l’objectif est un système épais dont on veut faire l’épure. On utilise la méthode de
Cornu avec les faces. La face d’entrée est A et la face de sortie B.
* le système étant traversé par la lumière de A vers B on pointe avec le viseur dont on note les
abscisses.
image du réticule du collimateur :
x
1
= 122,3 cm
face de sortie :
x
B
= 114,7 cm
image de la face d’entrée :
x
A’
= 110,0 cm
* On retourne le système , il est donc traversé par la lumière de B vers A ; on pointe avec le viseur
et on note à nouveau les abscisses.
image du réticule du collimateur :
x
2
= 119,1 cm
image de B à travers le système :
x
B’
= 93,8 cm
face A :
x
A
= 103,9 cm .
Calculer la distance focale moyenne de cet objectif.
Faire l’épure de cet objectif à l'échelle
1
2
sur le papier millimétré, sachant que l’épaisseur est
e = 5,5 cm.
Placer sur cette épure, les points cardinaux F, F ', H et H '.
4°) Le photographe choisit un temps de pose
τ
de
1
500
s et un nombre d'ouverture N = 5,6. Calculer
le diamètre de la pupille d'entrée D
PE
, en prenant pour f ' la valeur donnée par le constructeur
:f' = 135 mm.
5°) Il est possible de changer le temps de pose et le nombre N d'ouverture, mais il faut que
l'énergie reçue par la pellicule reste constante. Cette énergie est proportionnelle au temps de pose
τ
et à la
surface de la pupille d'entrée.
a) Soit k le coefficient de proportionnalité. Ecrire la relation littérale entre l’énergie E reçue par la
pellicule , le temps de pose
τ
et la surface S de la pupille d’entrée. En déduire la relation littérale entre
l’énergie E reçue par la pellicule , le temps de pose
τ
et le nombre d’ouverture N
b) Calculer le nombre d'ouverture N' correspondant à un temps de pose
τ
' = 0,001 s.
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Exercice n°3 : Interférences.
D
O
M
a
S
2
S
1
S
On éclaire 2 fentes d’Young S
1
et S
2
, par une lampe source S à vapeur de mercure. Les radiations
émises ont pour longueur d’onde : 578 nm (jaune) ; 546 nm (vert) ; 492 nm (bleu-vert) ; 436 nm (indigo)
et 404 nm (violet)
S est sur la médiatrice de S
1
S
2
. L’écran de centre O est placé à une distance D des fentes. On observe les
interférences en un point M de l’écran. La distance D est très grande devant la distance x = OM.
L'ensemble est placé dans l'air, d'indice 1.
1°) Démontrer la relation littérale qui lie la différence de marche
δ
des ondes lumineuses à x, D et
a, en indiquant sur un schéma les grandeurs utilisées.
2°) On observe la figure d’interférences en M . En ce point la différence de marche
δ
= 218 μm.
Qu’observe-t-on si on place un filtre devant la lampe dans les 3 cas suivants ? Préciser dans quel cas on
obtient un maximum de lumière ou un minimum de lumière.
filtre indigo
filtre bleu-vert
filtre vert
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DOCUMENT REPONSE
(à rendre avec la copie)
d (cm)
23,5
28,5
33,5
38,5
43,5
48,5
53,5
AB (mm)
1,50
1,50
1,30
1,30
1,20
1,20
1,10
A'B' (mm)
88
107
109
127
132
146
148
G
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(PL96052 et PL 99007)
FICHE DE MATIERE D’OEUVRE
BACCALAUREAT TECHNOLOGIQUE (S.T.L.)
Physique de Laboratoire et de Procédés Industriels
Session Normale 1999
OPTIQUE ET PHYSICO-CHIMIE
- Partie théorique
Durée : 3 heures- Coefficient : 5
A fournir par le centre d’examen:
Feuilles de copie
Feuilles de brouillon
2 feuilles papier millimétré par élève
A fournir par le candidat:
Calculatrice autorisée
Documents interdits:
Tous les documents sont interdits.
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Durée : 3 heures
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CORRIGE - BAREME
Partie Physico-Chimie
1.
Définition
0,5
point
2.
e
h
hc
i
=
=
ν
λ
= 7,96
×
10
-19
J = 5,0 eV
1
point
E
i
= Ne
i
= 4,79 x 10
5
J.mol
-1
0,5
point
3.
1 - e
i
est élevée (maximale dans une période)
Eléments de la dernière colonne - gaz inertes.
1
point
2 - Famille des alcalins
1 électron célibataire dans la sous-couche s (ns
1
)
propriété commune - ions de type M
+
- caractère réducteur
1
point
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Durée : 3 heures
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Partie Théorique
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BAREME
Partie Optique
Exercice 1 : 5,25 points
I
2
×
0,5
1 point
II
1°)
2
×
0,25
0,5 point
2°)
0,5 point
3°)
courbe
1 point
relation
0,5 point
4°)
0,5 point
5°)
0,5
×
2
1 point
0,25 point
pour le calcul du pourcentage
Exercice 2 : 7,25 points
1°)
0,5 point
2°)
4
×
0,5
2 points
3°)
'2
×
1
2 points
calcul de f
0,25 point
f ' moyen
1 point
épure
4°)
0,5 point
5°)
2
×
0,5
1 point
Exercice 3 : 3,5 points
1°)
schéma
0,5 point
2°)
démonstration
1,5 point
3°)
3
×
0,5
1,5 point
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