Devoir Surveillé (DS) de Physique de niveau Première, novembre 2011

M.Douezy

Description

Avec correction. Lentilles- couleur et loi de wien
Devoir Surveillé (DS) en Physique (2012) pour Première S

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Extrait

Interrogation 1°4 8 novembre 2011 mardi M. Douëzy Durée : 1 heure ; calculatrice autorisée

Exercice1:( /4,5) A partir du modèle suivant, indiquer la marche des rayons lumineux issus de l’objet AB (de taille 2 cm) et traversant une lentille convergente de distance focale 2 cm puis qualifier l’image obtenue. 1. Dans une première figure, l’objet est situé 3,5 cm avant la lentille. 2. Dans une deuxième figure, l’objet est situé 2 cm avant la lentille. 3. Dans une troisième figure, l’objet est situé 0,6 cm avant la lentille.

Exercice2: (/4,5) On souhaite déterminer la distance focale d’une lentille mince convergente. On mesure la position de l’image pour différentes positions de l’objet. Les résultats sont regroupés dans le tableau suivant : (cm) -20,0 -30,0 -40,0 -50,0 -60,0 -80,0 OA (cm) 33,321,4 18,2 16,7 15,8 14,8 OA' 1. Rappeler la relation de conjugaison des lentilles minces convergentes. 1 11 1 2. Pour chaque valeur du tableau, calculeret puistracer enfonction de. OA OA'OA'OA 3. Déduire de ce graphe la distance focale de la lentille utilisée.

Exercice3:( /7,5) L’article deux de la Constitution indique que l’emblème national est le drapeau tricolore, bleu, blanc, rouge mais il n’est pas précisé qu’un éclairage en lumière blanche est nécessaire. 1. Quelles sont les radiations visibles diffusées par chacune des bandes verticales du drapeau ? 2. Quelles sont les couleurs absorbées par chacune des bandes verticales du drapeau ? 3. Si le drapeau est éclairé de nuit par une lumière bleue, quelles seront les couleurs perçues ? 4. Quelles seront les couleurs perçues avec les deux lampes de lumière perçue jaune suivantes : a. lampe n° 1 : une lampe à vapeur de sodium émettant une lumière intense à 589 nm. b. lampe n° 2 : une lampe émettant une lumière composée d’une radiation à 550 nm (vert) et d’une radiation à 650 nm (rouge).

Exercice4: (/2,5) Un ou plusieurs spots de lumière colorée éclairent une même zone d’un écran blanc. De quelle couleur la lumière diffusée par l’écran est-elle perçue ? Spots Couleurdiffusée Spot bleu + spot rouge Spot bleu + spot vert Spot vert + spot rouge Spot rouge + spot vert + spot bleu Aucun spot

Exercice5:( /6) Le maximum d’intensité de la lumière émise par un corps à la température θ se situe à une longueur 6 2,89.10 l q1 %273 d’onde M .vérifiant la loi de Wien : l M 1. Pour quelles températures ce maximum est-il en dehors du domaine visible ? Donner des exemples de corps existant à ces températures. 2. Quelle serait la température de surface d’une étoile dont la longueur d’onde d’émission maximale se situe à 650 nm ? 3. Dans quel domaine de longueurs d’onde se situe le maximum d’énergie rayonnée par le corps humain, de température θ = 37 °C ? -3 4. On peut trouver la loi de Wien avec la formule l M .T = 2,89.10: expliquer.

Corrigé Exercice 1 : Dans les trois cas qui suivent, on donne la position, la taille puis la nature de l’image. 1. L’image est située à 4,7 cm après la lentille, elle mesure 2,7 cm et elle est renversée. 2. L’image est située à l’infini, sa taille est infinie à l’infini et elle est renversée. 3. L’image est située à 1,5 cm avant la lentille (image virtuelle), elle mesure 5 cm et elle est droite. Exercice 2 : 1 11 % 1 1. La relation de conjugaison est. OA' OA f' 1 1 2. Graphique représentant l’évolution deen fonction de: OA'OA 0,08 0,07 y = 0,9985x + 0,0799 0,06 0,05 0,04 0,03 0,02 0,01 0 -0,06 -0,05 -0,04 -0,03 -0,02 -0,010 1/OA (valeur algébrique) (cm-1)

3. Distance focale f’ de cette lentille : 1 L’ordonnée à l’origine correspond à(d’après la relation de conjugaison). f' 1 f'1 Donc =12,5 cm. 0, 08

Exercice 3 : 1. Les bandes verticales diffusent respectivement les radiations bleues, toutes les radiations et les radiations rouges. 2. Les bandes verticales absorbent les radiations qu’elles ne diffusent pas. Ainsi la première bande absorbe les radiations comprises entre le vert et le rouge, la deuxième n’en absorbe aucune et la troisième absorbe les radiations comprises entre le bleu et le vert. 3. La première et la deuxième bande diffusent les radiations bleues : elles apparaissent donc bleues. La troisième ne diffusent pas le bleu : elle n’apparaît donc pas dans la nuit. 4. La première bande ne diffuse ni le jaune (lampe n° 1), ni le vert et ni le rouge (lampe n° 2) : elle apparaît noire avec les deux lampes. La deuxième bande diffuse toutes les radiations : elles apparaît jaune avec les deux lampes (radiation de la lampe n° 1 et synthèse additive des radiations émises par la lampe n° 2). La troisième bande ne diffuse pas le jaune : elle apparaît noire avec la lampe n° 1 ; cette bande ne diffuse pas le vert mais diffuse le rouge : elle apparaît rouge avec la lampe n° 2. 4.a. Avec la lampe n° 1, le drapeau apparaît noir-jaune-noir. 4.b. Avec la lampe n° 2, le drapeau apparaît noir-jaune-rouge.

Exercice 4 : On est ici dans le cas de la synthèse additive de lumière colorée. Spots Couleurdiffusée

Spot bleu + spot rouge Spot bleu + spot vert Spot vert + spot rouge Spot rouge + spot vert + spot bleu Aucun spot

Magenta Cyan Jaune Blanc Aucune

Exercice 5 : 1. Températures correspondant aux limites des longueurs d’onde du visible : 3 l l D’après la loi de Wien, avec θ en °C et M en nm, pour M °C et pour= 400 nm, θ = 6,95.10 3 l M °C.= 800 nm, θ = 3,34.10 Les corps existant à ces températures sont les étoiles. l 2. Température de surface de l’étoile pour M = 650 nm : 3 l l D’après la loi de Wien, avec θ en °C et M en nm, pour M = 650 nm, θ = 4,17.10°C. 3. Domaine de longueurs d’onde rayonnées par le corps humain : 3 l l D’après la loi de Wien, avec θ en °C et M en nm, pour θ = 37 °C, M = 9,32.10nm : c’est le domaine des infrarouges. 6 2,89.10 -9 l 4. Avec T en K (0 °C = 273 K) et M en q1 %273 m (1 nm = 10m), la relation l M -3 -3 devient l M . La constante 2,89.10s’exprime en m.K..T = 2,89.10