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1ere SDevoir de sciences physiques n°2Thème
Observer
Nom :.............................................. Prénom :.......................................... Connaître (C) : ...../9Appliquer (A) : ...../14Raisonner (R) : ...../7
Communiquer (Co): ..../1
Le devoir devra être rédigé sur une copie double, et le sujet inséré dans cette copie. Le devoir comporte
4 exercices et 3 pages. Le barème est donné à titre indicatif. L'usage de la calculatrice programmable est
autorisé. CARCo Exercice 1: Une vision en couleur (12 points) Un poivron vert et un poivron jaune sont éclairés par une lumière blanche obtenue par superposition de trois lumières colorées primaires.
1-a) Quelles sont les couleurs de ces trois lumières
primaires ?
1-b) Cette lumière blanche est-elle obtenue par synthèse
additive ou soustractive ?
1-c) Cette lumière blanche est-il poly ou monochromatique ?
2-a) Les poivrons sont-il des objets diffusant, absorbant et/ou transparent ? Justifier
votre réponse.
2-b) Quelles sont les couleurs diffusées par les poivrons vert et jaune ?
2-c) Quelles sont les couleurs majoritairement absorbées par les poivrons vert et
jaune ?
3- Qu'appelle-t-on " couleurs complémentaires » en synthèse additive ?
On intercale un filtre vert entre la source de lumière blanche et les poivrons.
4-a) Le filtre vert est-il un objet transparent, absorbant et/ou diffusant ? Justifier votre
réponse.
4-b) Quel type de synthèse fait-on en ajoutant ce filtre vert ?
4-c) Peut-on distinguer le poivron vert du poivron jaune lorsqu'ils sont éclairés par de
la lumière verte ? La vision de la couleur chez l'être humain est basée sur le principe de la trichromie.
5-a) Expliquer ce principe en citant notamment les cellules de l'oeil responsables de
la vision en couleur.
5-b) Un daltonien n'arrive pas différencier le poivron vert du poivron jaune lorsqu'ils
sont éclairés en lumière blanche. De quelle type d'anomalie est-il atteint ? Exercice 2 : Fonctionnement des tubes fluorescents (10 points) Dés la fin des années 1940, les tubes fluorescents s'imposent dans les bureaux et les lieux publics, car ils consomment moins d'électricité et durent plus longtemps que les lampes à incandescence traditionnelles. Un tube fluorescent est constitué d'un cylindre de verre qui contient à un gaz à basse pression (par exemple de la vapeur de Mercure). La paroi intérieure du cylindre est recouverte d'une poudre fluorescente. Lorsque le tube est soumis à une tension
1/3 Note : /30
électrique, une décharge électrique se produit : des électrons circulent dans le gaz entre deux électrodes. Les électrons bombardent les atomes et leur cèdent de l'énergie. Les atomes ainsi excités vont alors céder cette énergie par l'émission de photons. Ces photons vont ensuite être absorbées par la poudre fluorescente ce qui provoque l'excitation de ses atomes, immédiatement suivie d'une émission spontanée de photons, c'est la fluorescence. Pour produire de la lumière visible, la poudre doit-être soumise à un rayonnement dont la longueur d'onde est comprise entre
200 et 300 nm. Elle émet alors de la lumière dont le spectre est
continu (voir ci-contre).
Données utiles à l'exercice :
•célérité de la lumière dans le vide : c = 3,00.108 m/s-1 •1eV = 1,60.10-19J •Constante de Plank : h = 6,63.10-34 J.s •Loi de Wien : λmax=2,90×10-3 T•température en kelvin : T = θ + 273 avec θ température en °C
1- Un électron cède une partie de son énergie à un atome de mercure. L'énergie de
celui-ci passe du niveau d'énergie E0 au niveau d'énergie E1. L'atome de mercure va revenir au niveau d'énergie E0 en perdant un quantum d'énergie. Comment se manifeste cette perte d'énergie ? Le diagramme ci-contre représente quelques niveaux d'énergie de l'atome de mercure.
2-a) Déterminer l'expression littérale en fonction de ΔE, h et c de
la longueur d'onde λ dans le vide d'un rayonnement émis par une transition énergétique ΔE.
2-b) Démontrer par le calcul que la longueur d'onde dans le vide
du rayonnement émis correspondant à la transition du niveau E0 au niveau E1 vaut λ = 266 nm.
2-c) Rappeler les limites des longueurs d'ondes du spectre
visible dans le vide en précisant les couleurs extrêmes.
2-d) Indiquer dans quel domaine, ultraviolets (UV), visible ou infrarouges (IR) se
situe la longueur d'onde calculée à la question 2-b).
3-a) Quel est alors le rôle de la poudre fluorescente qui recouvre les parois du tube ?
3-b) La vapeur de mercure contenue dans le tube permet-elle à la poudre déposée
sur les parois du tube d'émettre de la lumière visible ? Justifier votre réponse.
4- Si on suppose que la radiation d'intensité maximale émise par la vapeur de
mercure correspond à la transition du niveau E0 au niveau E1, en déduire la température en °C de la vapeur de mercure lorsqu'elle émet ce rayonnement.
Exercice 3 : Le chloroforme (5 points)
Le chloroforme est une molécule de formule brute CHCl3, autrefois utilisée comme anesthésique.
1- Combien de liaisons covalentes les atomes de carbone
et d'hydrogène établissent-ils dans une molécule ? Justifier votre réponse. 2/3
2- Combien d'électrons de valence l'atome de chlore Cl, de numéro atomique Z = 17,
possède-t-il ? Justifier votre réponse.
3- En déduire le nombre de liaisons covalentes qu'établit l'atome de chlore dans une
molécule.
4- Représenter la formule de Lewis de la molécule de chloroforme.
Exercice 4 : Les isomères Z/E (3 points)
1- Qu'appelle-t-on des isomères ?
On considère la formule semi-développée du maléate de méthyle et du fumarate de méthyle.
2- Montrer que deux isomères différents répondent à cette formule et représenter
leurs formules développées. Préciser l'isomère Z et le E. Présentation et soin - Qualité de la rédaction (1point)
3/3CHO
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