Optique et Physico Chimie 2000 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 2000. Retrouvez le corrigé Optique et Physico Chimie 2000 sur Bankexam.fr.
Publié le : mardi 5 juin 2007
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BACCALAUREAT TECHNOLOGIQUE : SCIENCES ET TECHNOLOGIES DE LABORATOIRE
Coeff : 5
Session 2000
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 5 pages
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OEPLME100
La calculatrice (conforme à la circulaire N°99-186 du 16-11-99) est autorisée
Deux feuilles de papier millimétré
Un document-réponse est à rendre avec la copie
PHYSICO-CHIMIE
(4 points)
LA MOLECULE DE CHLORURE D'HYDROGENE
1°)
a) En répartissant les électrons dans les cases quantiques, donner la configuration électronique de
l'atome d'hydrogène
1
H et de l'atome de chlore
17
Cl.
b) Situer l'élément chlore dans la classification périodique en justifiant la réponse.
c) A quelle famille d'éléments le chlore appartient-il ?
2°) a) Expliquer et justifier la formation d'une liaison chimique entre un atome de chlore et un atome
d'hydrogène.
b) Comment appelle-t-on une telle liaison ?
3°)
La destruction de la liaison dans une molécule de chlorure d'hydrogène nécessite une énergie de
4,485 eV.
a)
Calculer, en nm, la longueur d'onde des photons qui permettraient de séparer les atomes de cette
molécule.
b)
A quel domaine de radiation ces photons appartiennent-ils ?
DONNEES
h = 6,63
×
10
-34
J.s
c = 3
×
10
8
m.s
-1
1 eV = 1,6
×
10
-19
J
BACCALAUREAT TECHNOLOGIQUE : SCIENCES ET TECHNOLOGIES DE LABORATOIRE
Coeff : 5
Session 2000
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 5 pages
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OPTIQUE
(16 points)
Les questions 1, 2, 3, 4, 5 et 6 peuvent être traitées indépendamment les unes des autres.
On se propose d'étudier une lunette qui a permis de réaliser des clichés lors de l'éclipse totale du
soleil survenue le 11 août 1999.
1.
Pour observer cette éclipse, on utilise une lunette qui possède les caractéristiques suivantes :
-
Diamètre d’ouverture de l’objectif : 10 cm.
-
Distance focale f ’
obj
: 1200 mm.
-
L’oculaire est négatif et sa distance focale f ’
oc
est de 24 mm.
-
Le diamètre apparent du soleil est de 33’.
1.1.
Lorsqu’un observateur, emmétrope et n’accommodant pas, regarde un objet éloigné à travers
la lunette, où se trouvent :
-
l’image de l’objet donnée par l’objectif ?
-
l’image de l’objet donnée par la lunette ?
En déduire la valeur de l’intervalle optique
Δ
de la lunette dans ces conditions d’observation.
1.2.
On assimile l'oculaire à une lentille mince, complétez le schéma de principe du document
réponse où vous aurez placé le foyer objet de l'oculaire F
oc
et le foyer image de l'objectif F'
obj
.
A l'aide de ce schéma de principe, déterminez le grossissement de la lunette. En déduire le
diamètre apparent de l'image du soleil donnée par la lunette.
1.3.
Pour obtenir un maximum de luminosité on doit placer l’oeil au cercle oculaire.
a)
Que signifie le terme « cercle oculaire » ?
b)
Déterminer sa grandeur et sa position par rapport à F’
oc
.
2.
Etude de l’oculaire.
L’oculaire est un doublet de Huyghens de symbole (3, 2, 1). Les deux verres du doublet peuvent être
considérés comme des lentilles minces qu’on notera L
1
et L
2
.
2.1.
Quelle est la signification du terme "négatif" associé à l'oculaire ?
2.2.
Exprimer les distances focales f ’
1
et f ’
2
de chaque verre ainsi que l’épaisseur du doublet en
utilisant le paramètre « a » du doublet.
2.3.
En fonction de « a », exprimer la valeur de la distance focale f ’
oc
. de l’oculaire.
En déduire la valeur de « a » pour que la valeur de f ’
oc
. soit de 24 mm.
2.4.
Calculer le grossissement commercial Gc de l’oculaire.
2.5.
En utilisant la valeur de « a » trouvée précédemment et en vous justifiant, déterminer
algébriquement la position de F’
oc
par rapport à F’
2
.
Retrouver la position de F'
oc
graphiquement (échelle conseillée : 1/1).
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2.6.
Dans le but de mesurer la distance focale f ’
oc
de l'oculaire, on réalise une image A'B' à l'infini
qui servira d'objet pour l'oculaire.
On réalise l’image à l'infini à l'aide d'une flèche AB de 1 cm, tracée sur une diapositive
éclairée et d'une lentille mince convergente de distance focale f ’
L
= 20 cm.
a)
Où faut-il placer la flèche AB par rapport à la lentille ? Comment s'assure-t-on
expérimentalement que A'B' est à l'infini ?
b)
Déterminer le diamètre apparent
α
' de l'image A'B' donnée par cette lentille, à l'aide
d'un schéma de principe.
c)
La mesure de l'image finale A"B", donnée par l'oculaire, est de 1,2 mm. En s'aidant
d'un schéma de principe, déduire la distance focale f ’
oc
de l'oculaire.
3.
Pour une observation grossière du phénomène, on recueille sur un écran l’image réelle du soleil
donnée par la lunette, avant l'éclipse.
Pour obtenir cette image on agit sur le tirage de la lunette (distance objectif-oculaire). L’écran est placé
à 30 cm du foyer image de l’oculaire.
3.1.
Déterminer alors la nouvelle valeur de l’intervalle optique
Δ
de la lunette.
3.2.
Le diamètre de l'image du soleil donnée par la lunette sur l'écran est égal à 144 mm.
On observe des taches solaires sombres correspondant à des zones plus « froides » à la surface
du soleil. L’image de l’une d’elles, supposée circulaire, a un diamètre de 5 mm.
Evaluer l’ordre de grandeur du diamètre de cette tache.
Nota : Le diamètre du soleil est de 13,9
×
10
5
km.
4.
La distance de la terre au soleil est de l'ordre de 400 fois la distance de la terre à la lune. Le diamètre
du soleil est 400 fois plus grand que celui de la lune.
Expliquer, au moyen d'un schéma, le principe de l'éclipse totale du soleil par la lune.
5.
On enlève l’oculaire de la lunette et l’on fixe un appareil photo (sans objectif) sur le reste de la lunette
grâce à un adaptateur spécial. L’objectif de la lunette joue donc, pour l’appareil photo, le rôle d’un
objectif de distance focale f ’
obj
= 1200 mm.
5.1.
Où doit être placé, par rapport à l’objectif, le plan film ?
5.2
Le format du film photographique utilisé est
(24 x 36) mm.
Vérifier que ce format permet d’enregistrer complètement l’image du soleil.
Nota : Le diamètre apparent du soleil est toujours supposé être de 33’.
5.3.
La luminance L du soleil, avant l’éclipse, est de l’ordre de 3
×
10
9
cd/m
2
.
Pour déterminer le temps de pose
τ
, on utilise souvent l’expression :
σ
τ
.
2
L
n
=
avec :
n : nombre d’ouverture de l’objectif.
L : luminance de l’objet visé.
σ
: sensibilité du film photographique. Sa sensibilité est 100 I.S.O.(ex A.S.A.).
a)
Comment définit-on le « nombre d’ouverture » n ?
b)
Déterminer le temps de pose théorique que l’on devrait obtenir si le nombre
d’ouverture est 11. Le résultat du calcul correspond-il à un temps de pose courant ?
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Durée : 3 heures
Option : Optique et Physico-Chimie
PHYSIQUE DE LABORATOIRE
ET DE PROCEDES INDUSTRIELS
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OPTIQUE ET PHYSICO CHIMIE
Partie Théorique
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6.
Observation du spectre du soleil.
Avec le même matériel que celui utilisé qui est utilisé dans la question précédente on veut observer le
spectre du soleil. On réalise le montage suivant :
Soleil
Fente
Réseau
Objectif
Plan du film photo
Appareil photo avec
l’objectif de la lunette
L
Le réseau comporte 600 traits/mm. La fente, parallèle aux traits du réseau, est située dans le plan focal
de la lentille L.
6.1.
Donner la relation fondamentale d’un réseau utilisé en transmission.
Préciser les conventions de signe à l'aide d'un schéma.
6.2.
Compte tenu de l’absorption du verre de la lentille et de la sensibilité du film, on peut détecter
à l’aide de ce montage les radiations dont la longueur d’onde varie de 380 nm à 700 nm.
On règle l’ensemble de façon à ce que la lumière du soleil arrive perpendiculairement au plan
du réseau (incidence normale). L'image du premier ordre de la fente pour la raie jaune du
sodium (~590 nm) est suivant l’axe optique de l’appareil photo.
a) Déterminer alors la valeur de l’angle d’émergence i’ lorsque l’on obtient cette image.
b) La « raie » du sodium est, en fait, un doublet :
λ
1
= 589,0 nm.
λ
2
= 589,6 nm
Déterminer, en radians, la valeur
Δ
i’= i'
2
– i'
1
de l’angle entre les rayons émergents
correspondant à ces deux longueurs d'ondes.
c) En déduire la distance séparant les deux images dans le plan du film photo.
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Durée : 3 heures
Option : Optique et Physico-Chimie
PHYSIQUE DE LABORATOIRE
ET DE PROCEDES INDUSTRIELS
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OPTIQUE ET PHYSICO CHIMIE
Partie Théorique
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DOCUMENT-REPONSE
(A rendre avec la copie)
objectif
oculaire
F’oc
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PL00009/PL00043
FICHE DE MATIERE D'OEUVRE
BACCALAUREAT TECHNOLOGIQUE (S.T.L.)
Physique de Laboratoire et de Procédés Industriels
Session Normale 2000
OPTIQUE ET PHYSICO CHIMIE - Partie Théorique
Durée : 3 heures - Coefficient : 5
A fournir par le centre d'examen :
Feuilles de copie
Feuilles de brouillon
Deux 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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Coeff : 5
Session 2000
Durée : 3 heures
Option : Optique et Physico-Chimie
PHYSIQUE DE LABORATOIRE
ET DE PROCEDES INDUSTRIELS
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PREUVE
:
OPTIQUE ET PHYSICO CHIMIE
Partie Théorique
Normale
Ce Corrigé comporte
pages
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PL00009C/PL00043C
CORRIGE
PHYSICO-CHIMIE
(4 points)
1°) a)
1
H :
1s
1
0,25
17
Cl
1s
2
2s
2
2p
6
3s
2
3p
5
0,5
b) 3 ligne 17 colonne
0,5
c) Famille des halogènes
0,25
2° a)
H
Cl
0,75
b) liaison covalente
0,25
NB : Un candidat qui proposera un schéma avec formation H
+
et Cl
-
et donnera le
terme de liaison ionique aura 0,75 pt/1 pt
3° a)
λ
= h.c/
Δ
E
avec
Δ
E = (4,485
×
1,6
×
10
-19
) J = 7,176
×
10
-19
J
1
b) Rayonnement ultra violet.
0,5
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