Les élèves ont fait courant Septembre un travail (type TD) sur les ondes électromagnétiques :

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1 Réponse détaillée à propos des exercices incriminés dans les deux premiers DS. On trouvera en noir le texte initial (ainsi que les images du programme officiel) et en bleu, non pas les réponses aux questions mais ce qui était demandé en terme de connaissances ou de compétences, avec parfois des précisions sur : - la partie de programme concernée et la classe à partir de laquelle cela a pu être étudié - le lien (sur ce site) avec une activité faite en classe de terminale (avant le DS!) Exercice 4 (6 pts) : La lumière est un «outil» précieux en chimie analytique. En effet, toute espèce chimique est susceptible d interagir avec des radiations lumineuses. Par exemple, une espèce colorée X absorbe certaines radiations visibles. Le principe de la spectrophotométrie repose sur la mesure de l absorbance A de l espèce X en solution dans un solvant Y. Schéma de principe d un spectrophotomètre à prisme 1 ère partie : Lumière et spectrophotométrie 1- Etude du capteur de lumière : Le détecteur est équipé d une photodiode. Les figures ci-dessous donnent les réponses spectrales de deux photodiodes. En comparant les réponses spectrales de ces deux composants, dire quelle est la photodiode utilisée dans le spectrophotomètre? Justifier la réponse. On demande à l'élève de croiser trois informations : - l'une dans le schéma ci-dessus : on travaille en lumière blanche - l'observation des courbes de réponse spectrale des photodiodes (comme suggéré par la question) - ce qui nécessite alors une restitution de connaissances sur la lumière visible (longueur d'onde comprise entre 400 et 800 nm) (cours de seconde, première et terminale) Les élèves ont fait courant Septembre un travail (type TD) sur les ondes électromagnétiques : et un travail expérimental (le 4 Septembre) : Dans la première partie de ce TP (partie qui était à préparer à la maison), les élèves ont travaillé sur ce détecteur d'onde qu'est la photodiode (Cf les questions 1,2 et3)

2 Ci-dessous un extrait du programme de terminale S : photodiode A photodiode B 2 ème partie : Dosage colorimétrique par étalonnage On se propose de déterminer la concentration en diiode (I 2) dans une teinture d iode officinale. On commence par diluer 200 fois la teinture d iode (trop concentrée pour une étude spectrophotométrique directe). La solution aqueuse obtenue à l issue de cette dilution est appelée solution S. Par ailleurs, on dispose d un ensemble de solutions aqueuses de diiode notées D i (D 1, D 2, etc.) de concentrations connues toutes différentes. Ces solutions ont des colorations proches de celle de la solution S. Données : Spectre d absorption d une solution aqueuse de diiode de concentration molaire c = 3, mol.l -1

3 Masse molaire atomique de l iode : M I = 127 g.mol On dispose de la verrerie suivante : béchers de 100 et 500 ml ; pipettes jaugées de 5,0, de 10,0 et de 20,0 ml ; fioles jaugées de 100, 500 et 1000 ml. Indiquer, en justifiant de façon numérique, la verrerie qui devra être utilisée pour faire la dilution de la teinture d'iode officinale. On demande à l'élève de travailler ici sur une technique de base de la chimie : la dilution (programme de seconde, revu en première) Cette dilution a été revue lors du TP du 4 Septembre : voir le paragraphe Utilisation du colorimètre pour réaliser un dosage par étalonnage d'une solution de permanganate de potassium Les élèves disposent d'une fiche sur la dilution pour réaliser soit des solutions de grand volume, soit des solution de petit volume : c'est sur mon site À l aide d un spectrophotomètre, on mesure l absorbance A i de chaque solution D i de diiode, puis celle de la solution S Donner la valeur d une longueur d onde qui vous paraît bien appropriée pour ces mesures. Justifier. Ici c'est juste un repérage de la longueur d'onde du pic d'absorbance sur la courbe ci-dessus qui est demandé On obtient les résultats suivants : Concentration C de la solution en µmol Absorbance A de la solution 0,041 0,10 0,22 0,46 0,70 0,87 Absorbance de la solution S : A = 0,78.

4 Tracer sur papier millimétré la courbe d étalonnage de l absorbance en fonction de la concentration molaire C en diiode. Ici on demande de tracer un graphique Quelle relation mathématique peut-on établir entre l absorbance A et la concentration C? Quel nom donne-t-on à cette loi? Elle s écrit : A = k.c avec k qui est une constante et C la concentration molaire de l espèce colorée dans la solution. La courbe d étalonnage obtenue est-elle en accord avec cette loi? Justifier. Puis on l'exploite: la même question se trouvait dans le TP : voir la fin du paragraphe Utilisation du colorimètre pour réaliser un dosage par étalonnage d'une solution de permanganate de potassium Ceci a également était fait en classe de première (ci-dessous la partie de programme concernée): et pour certains en MPS ou en SL en classe de seconde Déterminer graphiquement la concentration molaire C S. exp en diiode de la solution S. Dans cette question on vient relever les coordonnées d'un point sur le graphique tracé Ceci a été fait lors du TP du 4 Septembre : paragraphe Dosage d'une solution de permanganate de potassium : Vous disposez d'une solution de permanganate de potassium de concentration inconnue C X. La déterminer En déduire la concentration molaire C exp puis la concentration massique C m exp en diiode de la teinture d iode officinale. Application de la relation de dilution (programme de seconde, utilisée en première et lors du TP du 4 Septembre) et de la définition de la concentration massique (classe de seconde, revue en première) 2.3. La teinture d iode officinale est étiquetée à 5,0 % en masse de diiode. Sa masse volumique est ρ = 9, g.l -1. Ces indications sont-elles conformes avec le résultat expérimental trouvé? «La» question de réflexion qui pose souvent des difficultés aux élèves mais qui arrive en dernière question de l'exercice. Cet exercice a été donné au baccalauréat en 2011, dans l'ancien programme de physique dans lequel on n'étudiait pas l'effet Doppler!!! Autrement dit cet exercice qui portait sur l'effet Doppler avait été conçu pour être réalisé par des

5 élèves ne connaissant pas l'effet Doppler, mais ayant seulement les connaissances de base sur les ondes (connaissances que doivent avoir également les élèves dans le nouveau programme) Seule la dernière question (qui n'était pas dans le sujet original) nécessitait d'avoir suivi le cours sur l'effet Doppler La version originale : La version modifiée donnée en DS (essentiellement des questions supprimées) : Exercice 2 : (6 pts) L'effet Doppler fut présenté par Christian Doppler en 1842 pour les ondes sonores puis par Hippolyte Fizeau pour les ondes électromagnétiques en Il a aujourd'hui de multiples applications. Un radar de contrôle routier est un instrument servant à mesurer la vitesse des véhicules circulant sur la voie publique à l'aide d'ondes radar. Le radar émet une onde continue qui est réfléchie par toute cible se trouvant dans la direction pointée. Par effet Doppler, cette onde réfléchie possède une fréquence légèrement différente de celle émise : plus grande fréquence pour les véhicules s'approchant du radar et plus petite pour ceux s'en éloignant. En mesurant la différence de fréquence entre l onde émise et celle réfléchie, on peut calculer la vitesse de la «cible». Mais l'effet Doppler est utilisé dans d'autres domaines D'après le site : Cet exercice propose d'étudier le principe de l'effet Doppler sonore. Pour simplifier cette approche, la réflexion de l'onde sur l'obstacle ne sera pas prise en compte. 1. Un véhicule muni d'une sirène est immobile. La sirène retentit et émet un son de fréquence f = 680 Hz. Le son émis à la date t = 0 se propage dans l'air à la vitesse c = 340 m.s -1 à partir de la source S. On note λ la longueur d'onde correspondante. La figure 1 ci-dessous représente le front d'onde à la date t = 4 T (T étant la période temporelle de l'onde sonore.) Figure 1 Répondre par «vrai» ou «faux» aux trois affirmations suivantes en justifiant son choix Une onde sonore est une onde transversale Une onde mécanique se propage dans un milieu matériel avec transport de matière Un point M distant du point S d'une longueur égale à 51,0 m du milieu reproduit le mouvement de la source S avec un retard Δt =1,5 s. Ces trois questions : cours de TS et application de la définition de la vitesse : distance parcourue / durée du parcours (programme de seconde et bien sûr réutilisée en première et rappelée en terminale )

6 2. Le véhicule se déplace maintenant vers la droite à la vitesse v inférieure à c. La figure 2 donnée ci-après représente le front de l'onde sonore à la date t = 4 T. Figure Le véhicule se rapproche d'un observateur immobile. Pendant l'intervalle de temps T, le son parcourt la distance λ. Pendant ce temps, le véhicule parcourt la distance d = v. T. La longueur d'onde λ' perçue par l'observateur à droite de la source S a donc l'expression suivante : λ' = λ v.t (1) On donne ici a l'élève la relation Doppler : comme l'indique le programme, il doit savoir exploiter la relation qui lui sera fournie (il y a plusieurs relations Doppler possibles selon le contexte physique ; c'est pour cette raison qu'aucune d'entre elles n'est à savoir) : Rappeler la relation générale liant la vitesse de propagation, la longueur d'onde et la fréquence. Pour faire cette exploitation, on demande à l'élève une connaissance de cours (vue avant l'effet Doppler) : En déduire que la relation (1) permet d'écrire f ' = f. perçue par l'observateur). c c v (f étant la fréquence sonore Ici c'est du travail calculatoire qui consiste à combiner la relation donnée dans le texte du 2.1 avec celle qu'il donne au pour établir cette relation demandée. On donne à l'élève le point de départ et le point d'arrivée : à lui de trouver le chemin...mais s'il ne s'en sort pas, il pourra se servir de cette formule fournie pour poursuivre le travail Le son perçu est-il plus grave ou plus aigu que le son d'origine? Justifier à l'aide de la formule littérale fournie à la question La partie de programme de terminale :

7 a permis de voir ce qui distinguait un son grave d'un son aigu, ce qui est mis en application dans cette question 2.2. Exprimer, puis estimer en km.h -1, en arrondissant les valeurs à des nombres entiers, la vitesse du véhicule qui se rapproche de l'observateur sachant que ce dernier perçoit alors un son de fréquence f ' = 716 Hz. On applique ici la relation f ' = f. c c v pour trouver la vitesse v qu'il faudra convertir en km/h! 3- Décrire en quelques phrases une application pratique de l'effet Doppler, autre que celles décrites dans cet exercice. On attendait ici une réponse tournant plutôt autour de l'astrophysique (on avait étudié les notions de Redshift et Blueshift en TD), mais toute autre application valide et non citée dans le texte convenait

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