PHYSICO-CHIMIE (4 points)

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1 La calculatrice est autorisée. Un document-réponse est à rendre avec la copie. Deux feuilles de papier millimétré sont nécessaires PHYSICO-CHIMIE (4 points) 1 ) Comment définit-on l'énergie de première ionisation d'un atome? 2 ) Une vapeur métallique s'ionise lorsqu'elle est soumise à une radiation dont la longueur d'onde dans le vide est de 250 nm. Calculer l'énergie de première ionisation e i pour un atome de cette vapeur métallique. Exprimer le résultat en Joules et en électron-volts. Calculer l'énergie de première ionisation E i en J.mol -1 pour une mole d'atomes. 3 ) La variation de l'énergie de première ionisation en fonction du numéro atomique Z est donnée par la courbe représentée figure ) A quelle famille appartiennent les éléments correspondant aux sommets des pics principaux? Quelle particularité présente leur structure électronique externe? 3.2) Les éléments correspondant aux minima observés sur la courbe appartiennent à une même famille. Quelle est cette famille? Quelle particularité présente leur structure électronique externe? Citer une propriété commune à ces éléments. Données : constante de Planck h = 6, J.s. nombre d'avogadro N = 6, mol -1 célérité de la lumière c = m.s 1 (dans le vide) 1 ev = 1, J NORMAL Ce sujet comporte 7 pages Page 1/7

2 énergie de première ionisation en ev H Li B N F Na Al P Cl K Se V Mn Co Cu Ga As Br Rb Y Nb Rh Ag In Sb I Cs La Pr He Be C O Ne Mg Si S Ar Ca Ti Cr Fe Ni Zn Ge Se Kr Sr Zr Mo Ru Pd Cd Sn Te Xe Ba Ce Nd Sm Variation de l'énergie de première ionisation des éléments en fonction de Z Figure 1 Z NORMAL Ce sujet comporte 7 pages Page 2/7

3 OPTIQUE (16 points) Exercice n 1 : Grossissement d un microscope. I. B A d oeil Un observateur accommode pour observer, à la distance minimale de vision distincte d, les images A B d un objet AB vu à travers un microscope. On obtient les schémas suivants représentant l observateur accommodant à la distance d, pour observer l objet AB à l oeil nu, puis l image A B de AB à travers le microscope. B' A' ' oeil Définir le grossissement et montrer à l'aide du schéma ci-contre que dans ce cas le grandissement linéaire et le grossissement G sont égaux. d NORMAL Ce sujet comporte 7 pages Page 3/7

4 II. O L Le microscope est muni d un oculaire marqué x 6 et d un objectif marqué x ) Que signifient ces 2 valeurs? d A S B E h 2 ) On met en position un micromètre objectif et on adapte à l oculaire la chambre claire. L observateur, dont l oeil est en O, confondu avec le foyer image F' du microscope, voit donc simultanément à la distance d, l image A B de l objet AB et l image Q de la feuille Q, qui est à une distance d. L observateur en déplaçant le plateau à crémaillère M où se trouve la feuille Q, fait varier la distance de visée d. Il joue donc le rôle d observateurs différents dont les distances minimales de visions distinctes d sont celles du tableau suivant Q M B A Q Sur la feuille on trace l'image A'B' correspondant à un nombre choisi de graduations du micromètre, on mesure cette image A'B'. En faisant varier la distance de visée, on obtient les résultats suivants : d (cm) 23,5 28,5 33,5 38,5 43,5 48,5 53,5 AB (mm) 1,50 1,50 1,30 1,30 1,20 1,20 1,10 A B (mm) G Compléter le tableau sur le document réponse. 3 ) Tracer la courbe G = f(d) (avec des axes incluant le zéro) sur papier millimétré. Quelle relation y a-t-il entre G et d? Echelle : en abscisse, 1 cm représente 5 cm et en ordonnée 1 cm représente ) Utiliser le graphe pour déterminer la puissance intrinsèque du microscope après avoir justifié la démarche suivie. NORMAL Ce sujet comporte 7 pages Page 4/7

5 Exercice n 2 : Appareil photo. Un photographe fait un reportage sportif lors du 100 m des jeux olympiques. Il veut photographier Maurice Green qui se déplace perpendiculairement à l axe optique à une distance de 20 m. Le coureur mesure 1,80 m et le format de la pellicule est de (18 24) mm. 1 ) Le temps de pose pour prendre la photo doit-il être grand ou petit? Pourquoi? 2 ) On considère chacun des objectifs comme une lentille mince. Le photographe dispose de 3 objectifs de focales 50 mm; 135 mm et 300 mm.calculer la taille de l'image dans les 3 cas et en déduire quel objectif il doit choisir pour que l image du coureur soit la plus grande possible mais qu'elle soit tout entière sur la pellicule. 3 ) En fait l objectif est un système épais dont on veut faire l épure. On utilise la méthode de Cornu avec les faces. La face d entrée est A et la face de sortie B. * le système étant traversé par la lumière de A vers B on pointe avec le viseur dont on note les abscisses. image du réticule du collimateur : x 1 = 122,3 cm face de sortie : x B = 114,7 cm image de la face d entrée : x A = 110,0 cm * On retourne le système, il est donc traversé par la lumière de B vers A ; on pointe avec le viseur et on note à nouveau les abscisses. image du réticule du collimateur : x 2 = 119,1 cm image de B à travers le système : x B = 93,8 cm face A : x A = 103,9 cm. Calculer la distance focale moyenne de cet objectif. Faire l épure de cet objectif à l'échelle 1 sur le papier millimétré, sachant que l épaisseur est 2 e = 5,5 cm. Placer sur cette épure, les points cardinaux F, F ', H et H '. 1 4 ) Le photographe choisit un temps de pose de s et un nombre d'ouverture N = 5,6. Calculer 500 le diamètre de la pupille d'entrée D PE, en prenant pour f ' la valeur donnée par le constructeur :f' = 135 mm. 5 ) Il est possible de changer le temps de pose et le nombre N d'ouverture, mais il faut que l'énergie reçue par la pellicule reste constante. Cette énergie est proportionnelle au temps de pose et à la surface de la pupille d'entrée. a) Soit k le coefficient de proportionnalité. Ecrire la relation littérale entre l énergie E reçue par la pellicule, le temps de pose et la surface S de la pupille d entrée. En déduire la relation littérale entre l énergie E reçue par la pellicule, le temps de pose et le nombre d ouverture N b) Calculer le nombre d'ouverture N' correspondant à un temps de pose ' = 0,001 s. NORMAL Ce sujet comporte 7 pages Page 5/7

6 Exercice n 3 : Interférences. M S S 1 a O S 2 D On éclaire 2 fentes d Young S 1 et S 2, par une lampe source S à vapeur de mercure. Les radiations émises ont pour longueur d onde : 578 nm (jaune) ; 546 nm (vert) ; 492 nm (bleu-vert) ; 436 nm (indigo) et 404 nm (violet) S est sur la médiatrice de S 1 S 2. L écran de centre O est placé à une distance D des fentes. On observe les interférences en un point M de l écran. La distance D est très grande devant la distance x = OM. L'ensemble est placé dans l'air, d'indice 1. 1 ) Démontrer la relation littérale qui lie la différence de marche des ondes lumineuses à x, D et a, en indiquant sur un schéma les grandeurs utilisées. 2 ) On observe la figure d interférences en M. En ce point la différence de marche = 218 µm. Qu observe-t-on si on place un filtre devant la lampe dans les 3 cas suivants? Préciser dans quel cas on obtient un maximum de lumière ou un minimum de lumière. filtre indigo filtre bleu-vert filtre vert NORMAL Ce sujet comporte 7 pages Page 6/7

7 DOCUMENT REPONSE (à rendre avec la copie) d (cm) 23,5 28,5 33,5 38,5 43,5 48,5 53,5 AB (mm) 1,50 1,50 1,30 1,30 1,20 1,20 1,10 A'B' (mm) G NORMAL Ce sujet comporte 7 pages Page 7/7

8 FICHE DE MATIERE D OEUVRE BACCALAUREAT TECHNOLOGIQUE (S.T.L.) Physique de Laboratoire et de Procédés Industriels Session Normale 1999 OPTIQUE ET PHYSICO-CHIMIE - Partie théorique Durée : 3 heures- Coefficient : 5 A fournir par le centre d examen: Feuilles de copie Feuilles de brouillon 2 feuilles papier millimétré par élève A fournir par le candidat: Calculatrice autorisée Documents interdits: Tous les documents sont interdits. (PL96052 et PL 99007)

9 CORRIGE - BAREME Partie Physico-Chimie 1. Définition 0,5 point 2. hc ei h = 7,96 1 point J = 5,0 ev E i = Ne i = 4,79 x 10 5 J.mol -1 0,5 point e i est élevée (maximale dans une période) Eléments de la dernière colonne - gaz inertes. 2 - Famille des alcalins 1 électron célibataire dans la sous-couche s (ns 1 ) propriété commune - ions de type M + - caractère réducteur 1 point 1 point NORMAL Ce corrigé comporte pages Page PL96052C

10 BAREME Partie Optique Exercice 1 : 5,25 points I 2 0,5 1 point II 1 ) 2 0,25 0,5 point 2 ) 0,5 point 3 ) courbe 1 point relation 0,5 point 4 ) 0,5 point 5 ) 0,5 2 1 point 0,25 point pour le calcul du pourcentage Exercice 2 : 7,25 points 1 ) 0,5 point 2 ) 4 0,5 2 points 3 ) '2 1 2 points calcul de f 0,25 point f ' moyen 1 point épure 4 ) 0,5 point 5 ) 2 0,5 1 point Exercice 3 : 3,5 points 1 ) schéma 0,5 point 2 ) démonstration 1,5 point 3 ) 3 0,5 1,5 point NORMAL Ce corrigé comporte pages Page PL99007C

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