PHYSICO-CHIMIE (4 points)

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1 La calculatrice (conforme à la circulaire N du ) est autorisée Deux documents réponse sont à rendre avec la copie PHYSICO-CHIMIE (4 points) Le numéro atomique du sodium (Na) est Z = 11. L élément sodium 1) Donner la configuration électronique de l atome de sodium, puis cele de l ion sodium Na +. 2)Le spectre d émision de l atome de sodium possède une raie intense dont la longueur d onde 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 corespondante. 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 quele transition de l'électron externe corespond la raie d émision = 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 photonpouvant produire cette ionisation étant M = 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 : vitesse de la lumière dans le vide : h = 6, J.s c = m.s 1 l ev = 1, J Normal Ce sujet comporte 7 pages Page 1/7 2OEPLME1

2 Diagramme simplifié des niveaux d'énergie de l'électron externe de l'atome de sodium Energie (ev) 0 1,93 niveau 4s 3,014 niveau 3p 5,12 niveau 3s (occupé dans l'état fondamental de Na) Normal Ce sujet comporte 7 pages Page 2/7 2OEPLME1

3 OPTIQUE (16 points) A) Etude d'un oculaire. Les parties A,B et C sont indépendantes Un oculaire, caractérisé par le symbole (3,2,3), est composé de deux lentilles minces L 1 et L 2 de même verre. Le grossissement commercial de cet oculaire est G c = 7,4. 1 ) Calculer la distance focale de l'oculaire. 2 ) Déterminer les distances focales images des deux lentilles L 1 et L 2 ainsi que les distances frontales de l'oculaire. 3 ) Déterminer graphiquement, à l'échelle 1, sur le document réponse n 1 les plans principaux [ H oc ] et [ H' oc ] ainsi que les foyers F oc et F' oc de 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 C L = 9,0 pour constituer une lunette. 1 ) Etude de l'objectif. L'objectif est un achromat constitué de deux lentilles minces accolées L a et L b. La lentille L a est en crown de constringence a et de vergence C a. La lentille L b est en flint de constringence b et de vergence C b. a) Ecrire les relations permettant de calculer C a et C b. b) Application numérique : a = 62 et b = 30 ; calculer C a et C b. 2 ) La lunette est afocale et le diamètre d'ouverture de l'objectif est 2R = 3,0 cm. 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. Normal Ce sujet comporte 7 pages Page 3/7 2OEPLME1

4 3 ) La lunette, toujours afocale, 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 A 1 B 1 C 1 sur le schéma du document annexe (figure 1) et la position L 1 de la lunette visant le minimum de déviation est repérée par 1 = 246. On amène ensuite le prisme dans la position A 2 B 2 C 2 du schéma. La lumière rentre alors par la face AC, et la position L 2 de la lunette visant le minimum de déviation est repérée par 2 = '. a) Déduire de ce qui précède la valeur de la déviation minimale D m. 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 F 1 et F 2 identiques et parallèles entre-elles. Les fentes F 1 et F 2 sont distantes de 1,0 mm. Soit un point M d'abscisse x sur un écran (E), de centre O, parallèle au plan des fentes F 1 F 2. 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 de F 1 F 2 longueur d'onde. 1) Qu'observe-t-on sur l'écran? et émet une lumière monochromatique de 2) Etablir l'expression de la différence de marche au point M en fonction de x, D et F 1 F 2. 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. Normal Ce sujet comporte 7 pages Page 4/7 2OEPLME1

5 DOCUMENT ANNEXE B 2 L 2 C 2 A 1 D m D m B 1 A 2 L 1 C 1 Figure 1 x M F 1 F F 2 D 0 (E) Figure 2 Normal Ce sujet comporte 7 pages Page 5/7 2OEPLME1

6 DOCUMENT-REPONSE n 1 (A rendre avec la copie) (L 1 ) Normal Ce sujet comporte 7 pages Page 6/7 2OEPLME1

7 F' ob H' oc H oc L

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9 Coeff : 5 Session : 2002 Durée : 3 heures Option : Optique et Physico-chimie ET DE PROCEDES INDUSTRIELS EPREUVE : Optique et Physico-Chimie Partie théorique NORMAL Ce Corrigé comporte 8 pages. Page 9/8 PL97076C

10 La calculatrice (conforme à la circulaire N du ) est autorisée Deux documents réponse sont à rendre avec la copie PHYSICO-CHIMIE (4 points) Le numéro atomique du sodium (Na) est Z = 11. L élément sodium 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 onde λ 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 λ = 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 λ = 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 étant λ M = 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 : vitesse de la lumière dans le vide : h = 6, J.s c = m.s 1 l ev = 1, J Normal Ce sujet comporte 7 pages Page 1/7 2OEPLME1

11 Diagramme simplifié des niveaux d'énergie de l'électron externe de l'atome de sodium Energie (ev) 0 1,93 niveau 4s 3,014 niveau 3p 5,12 niveau 3s (occupé dans l'état fondamental de Na) Normal Ce sujet comporte 7 pages Page 2/7 2OEPLME1

12 OPTIQUE (16 points) A) Etude d'un oculaire. Les parties A,B et C sont indépendantes Un oculaire, caractérisé par le symbole (3,2,3), est composé de deux lentilles minces L 1 et L 2 de même verre. Le grossissement commercial de cet oculaire est G c = 7,4. 1 ) Calculer la distance focale de l'oculaire. 2 ) Déterminer les distances focales images des deux lentilles L 1 et L 2 ainsi que les distances frontales de l'oculaire. 3 ) Déterminer graphiquement, à l'échelle 1, sur le document réponse n 1 les plans principaux [ H oc ] et [ H' oc ] ainsi que les foyers F oc et F' oc de 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 C L = 9,0 δ pour constituer une lunette. 1 ) Etude de l'objectif. L'objectif est un achromat constitué de deux lentilles minces accolées L a et L b. La lentille L a est en crown de constringence ν a et de vergence C a. La lentille L b est en flint de constringence ν b et de vergence C b. a) Ecrire les relations permettant de calculer C a et C b. b) Application numérique : ν a = 62 et ν b = 30 ; calculer C a et C b. 2 ) La lunette est afocale et le diamètre d'ouverture de l'objectif est 2R = 3,0 cm. 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. Normal Ce sujet comporte 7 pages Page 3/7 2OEPLME1

13 3 ) La lunette, toujours afocale, 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 A 1 B 1 C 1 sur le schéma du document annexe (figure 1) et la position L 1 de la lunette visant le minimum de déviation est repérée par α 1 = 246. On amène ensuite le prisme dans la position A 2 B 2 C 2 du schéma. La lumière rentre alors par la face AC, et la position L 2 de la lunette visant le minimum de déviation est repérée par α 2 = '. a) Déduire de ce qui précède la valeur de la déviation minimale D m. 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 λ. c) Si la radiation de la source est de longueur d'onde λ' > λ, 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 F 1 et F 2 identiques et parallèles entre-elles. Les fentes F 1 et F 2 sont distantes de 1,0 mm. Soit un point M d'abscisse x sur un écran (E), de centre O, parallèle au plan des fentes F 1 F 2. 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 de F 1 F 2 et émet une lumière monochromatique de longueur d'onde λ. 1) Qu'observe-t-on sur l'écran? 2) Etablir l'expression de la différence de marche δ au point M en fonction de x, D et F 1 F 2. 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. Normal Ce sujet comporte 7 pages Page 4/7 2OEPLME1

14 DOCUMENT ANNEXE B 2 L 2 C 2 A 1 D m D m B 1 A 2 L 1 C 1 Figure 1 x M F 1 F F 2 D 0 (E) Figure 2 Normal Ce sujet comporte 7 pages Page 5/7 2OEPLME1

15 DOCUMENT-REPONSE n 1 (A rendre avec la copie) (L 1 ) Normal Ce sujet comporte 7 pages Page 6/7 2OEPLME1

16 F' ob H' oc H oc L

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18 FICHE DE MATIERE D OEUVRE BACCALAUREAT TECHNOLOGIQUE (S.T.L.) Physique de Laboratoire et de Procédés Industriels Session Normale 2002 OPTIQUE ET PHYSICO-CHIMIE Durée 3 heures - Coefficient : 5 A fournir par le centre d examen Feuilles de copie Feuilles de brouillon A fournir par le candidat La calculatrice (conforme à la circulaire N du ) est autorisée Documents interdits Tous autres que ceux autorisés 2OEPLME1 (PL01002/PL97076)

19 Ce Corrigé comporte 8 pages Page 1/8 PL01002C

20 Ce Corrigé comporte 8 pages Page 2/8 PL01002C

22 3,3 (34 2 ) 10,4 mm 4,6 mm ' 63 53' Coeff : 5 Session : 2002 Durée : 3 heures Option : Optique et Physico-chimie ET DE PROCEDES INDUSTRIELS EPREUVE : Optique et Physico-Chimie Partie théorique NORMAL Ce Corrigé comporte 8 pages. Page 4/8 PL97076C

23 1,738 Coeff : 5 Session : 2002 Durée : 3 heures Option : Optique et Physico-chimie ET DE PROCEDES INDUSTRIELS EPREUVE : Optique et Physico-Chimie Partie théorique NORMAL Ce Corrigé comporte 8 pages. Page 5/8 PL97076C

25 DOCUMENT REPONSE n 1 Coeff : 5 Session : 2002 Durée : 3 heures Option : Optique et Physico-chimie ET DE PROCEDES INDUSTRIELS EPREUVE : Optique et Physico-Chimie Partie théorique NORMAL Ce Corrigé comporte 8 pages. Page 7/8 PL97076C