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Devoir Surveillé de Physique Chimie - Correction
Terminale S Novembre 2019 Durée 2 h 00
Des formules littérales sont exigées avant tout calcul Rédiger correctement en justifiant les réponsesExercice 1
Les étoiles une source de rayonnement - Effet Doppler en astrophysique1- Les ondes étudiées par un télescope appartiennent essentiellement au domaine visible (longueur d'onde comprise entre 400nm
à 800nm), et suivant la nature des matériaux utilisés pour l'optique on pourra étudier les domaines infra-rouge proche (longueur
d'onde inférieure à 900nm) et ultraviolet proche (longueur d'onde supérieure à 200nm). (Doc1)
2- Les étoiles froides qui émettent essentiellement dans l'infrarouge apparaitront rouge. Les étoiles chaudes qui émettent
essentiellement dans l'ultraviolet apparaitront bleu. (Doc1)3- Les pics présents dans le profil spectral du soleil correspondent l'absorption de certaines longueurs d'ondes par les éléments
chimiques présents dans la chromosphère (atmosphère du soleil).4- Les raies telluriques sont des raies en absorption, étroites et fines, dues à l'absorption de certaines longueurs d'onde par les
éléments chimiques présents dans l'atmosphère terrestre, lorsque la lumière du soleil traverse celle-ci. C'est la raison pour
laquelle ces raies restent en position fixe sur le spectre du soleil car elles ne sont pas soumises à l'effet Doppler. (Doc4)
5- Les mots "redshift" et "blueshift" signifient décalage vers le rouge et décalage vers le bleu. Lorsqu'une étoile s'éloigne, alors
les longueurs d'ondes augmentent, ce qui produit un décalage vers le rouge des raies et du spectre. Lorsqu'elle se raproche les
longueurs d'ondes diminuent, ce qui produit un décalage vers le bleu.6- Pour une onde de longueur d'onde le décalage est donnée par la relation: = .v/c. La vitesse de rotation radiale du soleil
est donc: v = c./ = 299792458 x 7,1.10-12/589.10-6 = 3613m/s soit environ 3,6km/s.7- La circonférence du soleil étant .d et sa période de rotation étant T, la vitesse de rotation radiale sera donc:
v = .d/T = x 1,392.106/ (24x24x60x60) = 2,1km/s.Ces deux vitesses sont très proches l'une de l'autre: elles sont du même ordre de grandeur. On pourrait mesurer une l'erreur
mais cela n'apporterait rien.Remarque: La mesure de la vitesse de rotation du soleil est très difficile à réaliser car le soleil est un fluide à très haute
température. Il s'agit en fait d'une rotation différentielle: à l'équation la vitesse de rotation est plus importante qu'aux pôles
(cette différence est facilement mesurable par l'étude du déplacement des taches solaires). Le décalage des raies dépendra de
la latitude ou on a réalisé les spectres (équateur ou pôles du soleil).Exercice 2
Diffraction
Partie 1
1- La largeur de la tache centrale de diffraction est proportionnelle à la longueur d'onde. De ce fait si on utilisait une lumière
blanche pour réaliser cette expérience de diffraction on aurait une superposition de plusieurs taches de diffraction de largeur
différente. La mesure de cette largeur serait donc impossible. il est donc préférable d'utiliser une source de lumière
monochromatique tel un Laser.2- la relation qui lie DŽ est
q. Pour une longueur d'onde donnée, et a sont inversement proportionnels. Lorsque a croît, l'angle diminue.3- On utilise la relation trigonométrique:
En tenant compte de la relation précédente
, et du fait que pour de petits angles on a tan, on en déduit la relation: Devoir Surveillé de Physique Chimie - CorrectionTerminale S Novembre 2019 Durée 2 h 00
4- On doit déterminer l'équation de la droite représentant L en fonction de 1/a. C'est une fonction affine (la droite ne passe pas
par l'origine) d'équation: L=k×(1/a)+b, avec k=2,5.10-6m et b=0,0035m.Comme a est de l'ordre du micromètre, on pourra négliger la valeur de b devant le produit k×(1/a).
On aura donc la relation:
De laquelle on en déduit la valeur de :
L'erreur absolue étant de 20nm on pourra écrire: =(625±20)nmL'erreur relative (ou incertitude relative) est:
Partie 2
La démarche à suivre est exactement identique à celle vue en cours. La seule particularité ici étant de travailler à 2 dimensions.
Cela ne change en rien le raisonnement. Les différentes étapes seront: Rappel de la relation donnant l'écart angulaire: Tenir compte que l'écart angulaire est faible: tan Retrouver la relation donnant la largeur L de la tache de diffraction:En déduire la relation donnant a.
Faire le calcul de la maille a du tamis.
Exercice 3
Fentes d'Young
1- On observe une figure de diffraction provoquée par l'unique fente dont la largeur est de l'ordre de grandeur de la longueur
d'onde de la lumière rouge.2- La démarche a été vue dans l'exercice précédent. On aura pour la largeur de la tache de diffraction:
Sur la figure on peut mesurer environ 2,5cm. Le résultat est donc acceptable.3- Sur la figure ci-contre la zone en hachurée correspond à la zone dans laquelle on observe
les interférences.4- Les ondes qui interfèrent en un point M ont parcouru des chemins optiques différents. Si
cette différence de marche est proportionnelle à la longueur d'onde de la lumière, les ondes
qui se superposent sont en phase et les interférences sont constructives. Si cette différence de marche est proportionnelle à un
multiple impair de la demi-longueur d'onde, les ondes sont en opposition de phase et les interférences sont destructives.
5- Sur la figure (pas à la bonne échelle) on peut mesurer environ 25mm pour les 7 franges brillantes. Cela donne pour l'interfrange
i une valeur: A partir de la relation donnant l'interfrange i, on en déduit la valeur de b: On retiendra la valeur de 0,25mm (mauvaise échelle de la figure).6- La différence de marche est:
Le rapport / est de l'ordre de 6 environ. Les interférences sont donc constructives.Avec la valeur calculée de 0,22mm le rapport est de l'ordre de 5 environ. Les interférences sont donc constructives
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