La calculatrice (conforme à la circulaire N 99-186 du 16-11-99) est autorisée Deux documents réponses sont à rendre avec la copie Une feuille de papier millimétré CHIMIE (4 points) On considère le nucléïde : 27 13 Al. 1. Que représentent les nombres 13 et 27? Quelle est la composition du noyau d'un atome d'aluminium? 2. a) Donner la configuration électronique d'un atome d'aluminium pris dans son état fondamental en plaçant les électrons dans les cases quantiques. b) En déduire la place occupée par cet élément chimique dans la classification périodique. c) L'aluminium donne préférentiellement un ion stable. Lequel? Donner la configuration électronique de cet ion. Pour passer de l'atome à l'ion, l'élément aluminium subit une modification électronique qui met en évidence une propriété chimique commune aux métaux. Quelle est cette propriété? 3. A l'état solide, l'aluminium cristallise dans le système cubique à faces centrées. Compléter le schéma fourni sur le document-réponse "Chimie" afin de représenter une maille de ce cristal. Calculer le nombre d atomes de Al appartenant en propre à une maille. NORMAL Ce sujet comporte 7 pages Page 1/7
DOCUMENT-REPONSE "Chimie" (A compléter et à rendre avec la copie) NORMAL Ce sujet comporte 7 pages Page 2/7
OPTIQUE (16 points) I Etude d'un viseur de banc d'optique 1 ) L'objectif du viseur, lentille mince de distance focale f ' ob = +80 mm, est un achromat constitué de deux lentilles minces accolées L 1 et L 2, de vergence C 1 et C 2, taillées dans des verres différents de constringences : ν 1 = 60,5 et ν 2 = 35,5. 1.1 Calculer les vergences C 1 et C 2 des deux lentilles. 1.2 La lentille L 1 est équiconvexe. Exprimer la vergence de la lentille en fonction des rayons de courbure R 1 et R 2 de ses faces, en précisant sur un schéma orienté la signification de R 1 et R 2. Application numérique : la valeur commune du rayon de courbure est 34 mm. Calculer l'indice n du verre de la lentille L 1. 2 ) Différents oculaires peuvent s'adapter à la monture de ce viseur. L'un d'eux est représenté sur la figure n 1. Il peut coulisser dans un tube qui porte le réticule R et se fixe au corps du viseur. 2.1 Un observateur emmétrope n'accommodant pas règle l'oculaire à sa vue. Où se trouve alors l'image du réticule donnée par l'oculaire? 2.2 Quelle est la position du réticule? Pourquoi peut-on affirmer qu'il s'agit d'un oculaire positif? 2.3 Cet oculaire est schématisé sur la figure n 2 : F 1 et F' 1 sont les foyers du verre de champ, F 2 et F' 2 sont les foyers du verre d'œil. 2.3.1 Ecrire le symbole de ce doublet : f ' 1 et f ' 2 désignent les distances focales et a désigne le paramètre du doublet. 2.3.2 Exprimer littéralement, en fonction du paramètre a, la position des foyers F oc et F' oc, des plans principaux H oc et H' oc de ce doublet. NORMAL Ce sujet comporte 7 pages Page 3/7
3 ) Le viseur, qui a pour objectif l'achromat de distance focale f ' ob, décrit à la question (1) est équipé de cet oculaire. L'observateur emmétrope l'utilise pour pointer, sans accommoder, un point objet A, situé sur l'axe. La distance de visée (ou distance de l'objet à l'objectif O du viseur) est alors 155 mm. 3.1 Déterminer la position de l'image objective A 1, par rapport à l'objectif. 3.2 Placer sur le schéma (figure n 3 du document réponse "Optique") sans respecter l'échelle, le foyer F oc de l'oculaire, l'image objective A 1 et le réticule R. 4 ) Un observateur myope souhaite viser l'objet A, sans accommoder et sans modifier la distance de visée. Son punctum remotum est à 60 cm de l'œil. L'œil est en F' oc. la distance focale de l'oculaire est f ' oc = 4,5 cm. 4.1 L'observateur déplace l'oculaire dans le tube T. Calculer la nouvelle position du foyer objet F oc de l'oculaire par rapport à l'image objective A 1. 4.2 Les figures 4 a) et 4b) ne sont pas à l'échelle. Laquelle de ces deux figures correspond à l'utilisation du viseur par l'observateur myope. Justifiez votre réponse. 4.3 L'observateur myope doit-il enfoncer ou tirer l'oculaire? II Spectroscope à réseau 1 ) Le réseau par transmission, posé sur le plateau d'un spectroscope, est éclairé par un faisceau de lumière parallèle. On désigne par i l'angle d'incidence, par i' l'angle de diffraction, par a le pas du réseau et par k l'ordre du spectre observé. λ est la longueur d'onde. Rappeler la formule fondamentale des réseaux et préciser sur un schéma la convention de signe. 2 ) Une lampe à vapeur de sodium est utilisée pour réaliser les réglages. On fait en sorte que les rayons diffractés d'ordre 1 pour la radiation jaune (λ = 589,3 nm) soient normaux au plan du réseau. Ce réseau comporte 100 traits/mm. 2.1 Calculer l'angle d'incidence i. 2.2 Sur un schéma (non à l'échelle), placer le réseau, le collimateur et la lunette. Indiquer les directions des rayons incidents et diffractés. 3 ) On remplace la lampe précédente par une lampe à vapeur de mercure de façon à observer le spectre d'ordre 1. Dans le tableau, α désigne la position de la lunette. lampe couleur λ (nm) α Na jaune 589,3 176 40 Hg jaune jaune vert indigo violet 579,1 577,0 546,1 435,8 404,7 176 44 176 45 176 56 177 34 177 45 NORMAL Ce sujet comporte 7 pages Page 4/7
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3.1 Tracer, sur papier millimétré, la courbe d'étalonnage α = f(λ). Echelle : en abscisses 1 cm pour 10 nm - en ordonnées 1 cm pour 10. 3.2 Quel nom donne t-on au spectre observé? 3.3 Utiliser la courbe pour déterminer le rapport : α/ λ (unité : /nm) après avoir indiqué les points A et B choisis pour faire ce calcul. Ce rapport représente la dispersion angulaire du réseau. 3.4 La valeur théorique de la dispersion angulaire du réseau à l'ordre k est donnée par la relation i' = λ a cosi' k. Calculer i' (unité : rad/m), pour ce réseau, utilisé dans les conditions de λ l'expérience. NORMAL Ce sujet comporte 7 pages Page 6/7
Figure n 1 oculaire réticule R verre d oeil tube T Figure n 2 a F 1 F 2 F 1 F 2 O 1 O 2 NORMAL Ce sujet comporte 7 pages Page 7/7
DOCUMENT REPONSE "Optique" Viseur (A rendre avec la copie) Figure n 3 F OC objectif oculaire Figure n 4 4a) F OC A 1 objectif 4b) A 1 F OC NORMAL Ce sujet comporte 7 pages Page 8/7
FICHE DE MATIERE D'OEUVRE BACCALAUREAT TECHNOLOGIQUE (S.T.L.) Physique de Laboratoire et de Procédés Industriels Session Normale 2001 OPTIQUE ET PHYSICO CHIMIE - Durée : 3 heures - Coefficient : 5 A fournir par le centre d'examen : Feuilles de copie Feuilles de brouillon Feuilles de papier millimétré. A fournir par le candidat : La calculatrice (conforme à la circulaire N 99-186 du 16-11-99) est autorisée Documents interdits : Tous les documents sont interdits. (PL99048/PL01016)
CORRIGE BAREME 1. Z = 13 : numéro atomique A = 27 : nombre de masse 13 protons 14 neutrons 0,25 point 0,25 point 0,5 point a) 13 électrons 0,5 point 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1 b) 3 ème ligne 3 ème colonne (ou 1 ère colonne du bloc p) 0,5 point 2. c) Al 3+ ; 1s 2 2s 2 2p 6 2 0,25 point Caractère réducteur 0,5 point 3. Document complété 0,5 point Nombre d atomes en propre 1 1 0,5 point 8 + 6 = 4 8 2 Normale Ce Corrigé comporte pages Page 1/ PL99048C