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Optique et Physico Chimie 2002 S.T.L (Physique de laboratoire et de procédés industriels) Baccalauréat technologique

26 pages
Examen du Secondaire Baccalauréat technologique. Sujet de Optique et Physico Chimie 2002. Retrouvez le corrigé Optique et Physico Chimie 2002 sur Bankexam.fr.
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La calculatrice (conforme à la circulaire N°99-186 du 16-11-99) est autorisée
Deux documents réponse sont à rendre avec la copie
PHYSICO-CHIMIE (4 points)
L’élément sodium Le numéro atomique du sodium (Na) est Z = 11. 1) Donner la configuration électronique de l’atome de sodium, puis celle de l’ion sodium Na+. 2)possède une raie intense dont la longueur d’ondeLe spectre d’émission de l’atome de sodium est mesurée égale à 589,3 nm. a)Donner la relation entre l’énergie d’un photon et la longueur d’onde de la radiation correspondante. b)Calculer l’énergie d’un photon de longueur d’onde= 589,3 nm. (Le résultat sera exprimé en joule puis en électron-volt). c)A l’aide du diagramme simplifié des niveaux d’énergie de l'électron externe de l’atome de sodium, indiquer à quelle transition de l'électron externe correspond la raie d’émission= 589,3 nm
3) a)d’ionisation de l’atome de sodium à partir de son état fondamental.Déterminer l’énergie b)La longueur d’onde maximale d’un photonpouvant produire cette ionisation étantM= 242 nm, dans quel domaine (Ultra Violet, visible, Infra Rouge) se situe la lumière capable d’ioniser l’atome de sodium à partir de son état fondamental ? Justifier votre réponse, en précisant les limites du spectre de la lumière visible.
Données: constante de Planck : h = 6,621034J.s vitesse de la lumière dans le vide : c = 3108m.s1 l eV = 1,61019J
BACCALAUREAT TECHNOLOGIQUE : SCIENCES ET TECHNOLOGIES DE LABORATOIRE Coeff : 5 Session 2002 Durée : 3 heures Option : Optique et Physico-Chimie PHYSIQUE DE LABORATOIRE EUERPEV ET PHYSICO CHIMIE: OPTIQUE ET DE PROCEDES INDUSTRIELS Partie Théorique Normal Ce sujet comporte 7 pages Page 1/7 2OEPLME1
Diagramme simplifié des niveaux d'énergie de l'électron externe de l'atome de sodium
Energie (eV)
0
1,93
3,014
5,12
niveau 4s
niveau 3p
niveau 3s (occupé dans l'état fondamental de Na)
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OPTIQUE (16 points)
Les parties A,B et C sont indépendantes
A) Etude d'un oculaire. Un oculaire, caractérisé par le symbole (3,2,3), est composé de deux lentilles minces L1et L2de même verre. Le grossissement commercial de cet oculaire est Gc= 7,4. 1°) Calculer la distance focale de l'oculaire. 2°) Déterminer les distances focales images des deux lentilles L1et L2ainsi que les distances frontales de l'oculaire. 3°) Déterminer graphiquement, à l'échelle 1, sur le document réponse n°1 les plans principaux [ Hoc] et [ H'oc] ainsi que les foyers Focet F'ocde cet oculaire. 4°) Cet oculaire est-il positif ou négatif ? Est-il achromatique apparent ? On justifiera la réponse dans les deux cas. B) Etude d'une lunette. On admet que la distance focale de l'oculaire est 34 mm ; il est associé à un objectif assimilable à une lentille mince L de centre O et de vergence CL= 9,0pour constituer une lunette. 1°) Etude de l'objectif. L'objectif est un achromat constitué de deux lentilles minces accolées Laet Lb. La lentille Laest en crown de constringenceaet de vergence Ca. La lentille Lbest en flint de constringencebet de vergence Cb. a) Ecrire les relations permettant de calculer Caet Cb. b) Application numérique :a= 62 etb= 30 ; calculer Caet Cb. 2°) La lunette estafocale = 3,0 cm. 2Ret le diamètre d'ouverture de l'objectif est a) Calculer le grossissement G de la lunette. b) Définir le cercle oculaire et déterminer sa position O' et son rayon R'. c) Tracer, à l'échelle 1, sur le document réponse n°2, la marche réelle d'un faisceau lumineux issu d'un point B à l'infini hors de l'axe, couvrant l'objectif L et traversant toute la lunette. On indiquera sur le schéma la position du cercle oculaire.
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3°) La lunette, toujoursafocale, est transformée en lunette autocollimatrice. Elle est montée sur un goniomètre, dont le collimateur, réglé, est éclairé par une source monochromatique. Un prisme, de section droite ABC et d'angle au sommet A, est placé sur le platine du goniomètre. Quand la lumière entre par la face AB, le prisme est alors repéré par la position A1B1C1 sur le schéma du document annexe (figure 1) et la position L1de la lunette visant le minimum de déviation est repérée par1= 246°. On amène ensuite le prisme dans la position A2B2C2du schéma. La lumière rentre alors par la face AC, et la position L2de la lunette visant le minimum de déviation est repérée par2= 118°25'. a) Déduire de ce qui précède la valeur de la déviation minimale Dm. Quel est l'intérêt de cette méthode ? b) Sachant que l'angle du prisme est A = 61°30', calculer l'indice n du prisme pour cette radiation de longueur d'onde. c) Si la radiation de la source est de longueur d'onde' >, comparer de manière qualitative l'indice n' à l'indice n.
C) Fentes d'Young. (figure 2 du document annexe) Une fente source F éclaire deux fentes fines F1et F2identiques et parallèles entre-elles. Les fentes F1et F2sont distantes de 1,0 mm. Soit un point M d'abscisse x sur un écran (E), de centre O, parallèle au plan des fentes F1F2. On appelle D la distance entre le plan des fentes et l'écran : D = 4,0 m. La fente F est dans le plan médiateur deF1F2et émet une lumière monochromatique de longueur d'onde. 1) Qu'observe-t-on sur l'écran ? 2) Etablir l'expression de la différence de marcheM en fonction de x, D etau point F1F2. En déduire l'expression de l'interfrange i. 3) La distance séparant les deux franges brillantes d'ordres +2 et -2 vaut 8,8 mm.. Calculer la longueur d'onde de la radiation en nanomètres.
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Figure 1
C2
B1
F
DOCUMENT ANNEXE
F1 F2
A1
A2
D
B2
Dm Dm
C1
x M 0 E
L2
L1
Figure 2 BACCALAUREAT TECHNOLOGIQUE : SCIENCES ET TECHNOLOGIES DE LABORATOIRE Coeff : 5 Session 2002 Durée : 3 heures Option : Optique et Physico-Chimie PHYSIQUE DE LABORATOIRE EEUVREP ET PHYSICO CHIMIE: OPTIQUE ET DE PROCEDES INDUSTRIELS Partie Théorique Normal Ce sujet comporte 7 pages Page 5/7 2OEPLME1
DOCUMENT-REPONSE n° 1
(A rendre avec la copie)
(L1)
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L
Fob '
Hoc '
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PHYSICO-CHIMIE (4 points)
L’élément sodium Le numéro atomique du sodium (Na) est Z = 11. 1) Donner la configuration électronique de l’atome de sodium, puis celle de l’ion sodium Na+. 2) Le spectre d’émission de l’atome de sodium possède une raie intense dont la longueur d’ondeλ est mesurée égale à 589,3 nm. a) Donner la relation entre l’énergie d’un photon et la longueur d’onde de la radiation correspondante. b) Calculer l’énergie d’un photon de longueur d’ondeλ= 589,3 nm. (Le résultat sera exprimé en joule puis en électron-volt). c) A l’aide du diagramme simplifié des niveaux d’énergie de l'électron externe de l’atome de sodium, indiquer à quelle transition de l'électron externe correspond la raie d’émissionλ= 589,3 nm 3) a) Déterminer l’énergie d’ionisation de l’atome de sodium à partir de son état fondamental. b) La longueur d’onde maximale d’un photon pouvant produire cette ionisation étantλM= 242 nm, dans quel domaine (Ultra Violet, visible, Infra Rouge) se situe la lumière capable d’ioniser l’atome de sodium à partir de son état fondamental ? Justifier votre réponse, en précisant les limites du spectre de la lumière visible. Données: constante de Planck :h = 6,62×1034J.svitesse de la lumière dans le vide :c = 3×108m.s1l eV = 1,6×1019J
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Diagramme simplifié des niveaux d'énergie de l'électron externe de l'atome de sodium  Energie (eV) 0
1,93
3,014
5,12
niveau 4s
niveau 3p
niveau 3s (occupé dans l'état fondamental de Na)
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