PHYSICO-CHIMIE (4 points)

La calculatrice (conforme à la circulaire N 99-186 du 16-11-99) est autorisée Deux feuilles de papier millimétré Un document-réponse est à rendre avec la copie PHYSICO-CHIMIE (4 points) LA MOLECULE DE CHLORURE D'HYDROGENE 1 ) a) En répartissant les électrons dans les cases quantiques, donner la configuration électronique de l'atome d'hydrogène 1 H et de l'atome de chlore 17 Cl. b) Situer l'élément chlore dans la classification périodique en justifiant la réponse. c) A quelle famille d'éléments le chlore appartient-il? 2 ) a) Expliquer et justifier la formation d'une liaison chimique entre un atome de chlore et un atome d'hydrogène. b) Comment appelle-t-on une telle liaison? 3 ) La destruction de la liaison dans une molécule de chlorure d'hydrogène nécessite une énergie de 4,485 ev. a) Calculer, en nm, la longueur d'onde des photons qui permettraient de séparer les atomes de cette molécule. b) A quel domaine de radiation ces photons appartiennent-ils? DONNEES h = 6,63 10-34 J.s c = 3 10 8 m.s -1 1 ev = 1,6 10-19 J Normal Ce sujet comporte 5 pages Page 1/5

OPTIQUE (16 points) Les questions 1, 2, 3, 4, 5 et 6 peuvent être traitées indépendamment les unes des autres. On se propose d'étudier une lunette qui a permis de réaliser des clichés lors de l'éclipse totale du soleil survenue le 11 août 1999. 1. Pour observer cette éclipse, on utilise une lunette qui possède les caractéristiques suivantes : - Diamètre d ouverture de l objectif : 10 cm. - Distance focale f obj : 1200 mm. - L oculaire est négatif et sa distance focale f oc est de 24 mm. - Le diamètre apparent du soleil est de 33. 1.1. Lorsqu un observateur, emmétrope et n accommodant pas, regarde un objet éloigné à travers la lunette, où se trouvent : - l image de l objet donnée par l objectif? - l image de l objet donnée par la lunette? En déduire la valeur de l intervalle optique de la lunette dans ces conditions d observation. 1.2. On assimile l'oculaire à une lentille mince, complétez le schéma de principe du document réponse où vous aurez placé le foyer objet de l'oculaire F oc et le foyer image de l'objectif F' obj. A l'aide de ce schéma de principe, déterminez le grossissement de la lunette. En déduire le diamètre apparent de l'image du soleil donnée par la lunette. 1.3. Pour obtenir un maximum de luminosité on doit placer l œil au cercle oculaire. a) Que signifie le terme «cercle oculaire»? b) Déterminer sa grandeur et sa position par rapport à F oc. 2. Etude de l oculaire. L oculaire est un doublet de Huyghens de symbole (3, 2, 1). Les deux verres du doublet peuvent être considérés comme des lentilles minces qu on notera L 1 et L 2. 2.1. Quelle est la signification du terme "négatif" associé à l'oculaire? 2.2. Exprimer les distances focales f 1 et f 2 de chaque verre ainsi que l épaisseur du doublet en utilisant le paramètre «a» du doublet. 2.3. En fonction de «a», exprimer la valeur de la distance focale f oc. de l oculaire. En déduire la valeur de «a» pour que la valeur de f oc. soit de 24 mm. 2.4. Calculer le grossissement commercial Gc de l oculaire. 2.5. En utilisant la valeur de «a» trouvée précédemment et en vous justifiant, déterminer algébriquement la position de F oc par rapport à F 2. Retrouver la position de F' oc graphiquement (échelle conseillée : 1/1). Normal Ce sujet comporte 5 pages Page 2/5

2.6. Dans le but de mesurer la distance focale f oc de l'oculaire, on réalise une image A'B' à l'infini qui servira d'objet pour l'oculaire. On réalise l image à l'infini à l'aide d'une flèche AB de 1 cm, tracée sur une diapositive éclairée et d'une lentille mince convergente de distance focale f L = 20 cm. a) Où faut-il placer la flèche AB par rapport à la lentille? Comment s'assure-t-on expérimentalement que A'B' est à l'infini? b) Déterminer le diamètre apparent α' de l'image A'B' donnée par cette lentille, à l'aide d'un schéma de principe. c) La mesure de l'image finale A"B", donnée par l'oculaire, est de 1,2 mm. En s'aidant d'un schéma de principe, déduire la distance focale f oc de l'oculaire. 3. Pour une observation grossière du phénomène, on recueille sur un écran l image réelle du soleil donnée par la lunette, avant l'éclipse. Pour obtenir cette image on agit sur le tirage de la lunette (distance objectif-oculaire). L écran est placé à 30 cm du foyer image de l oculaire. 3.1. Déterminer alors la nouvelle valeur de l intervalle optique de la lunette. 3.2. Le diamètre de l'image du soleil donnée par la lunette sur l'écran est égal à 144 mm. On observe des taches solaires sombres correspondant à des zones plus «froides» à la surface du soleil. L image de l une d elles, supposée circulaire, a un diamètre de 5 mm. Evaluer l ordre de grandeur du diamètre de cette tache. Nota : Le diamètre du soleil est de 13,9 10 5 km. 4. La distance de la terre au soleil est de l'ordre de 400 fois la distance de la terre à la lune. Le diamètre du soleil est 400 fois plus grand que celui de la lune. Expliquer, au moyen d'un schéma, le principe de l'éclipse totale du soleil par la lune. 5. On enlève l oculaire de la lunette et l on fixe un appareil photo (sans objectif) sur le reste de la lunette grâce à un adaptateur spécial. L objectif de la lunette joue donc, pour l appareil photo, le rôle d un objectif de distance focale f obj = 1200 mm. 5.1. Où doit être placé, par rapport à l objectif, le plan film? 5.2 Le format du film photographique utilisé est (24 x 36) mm. Vérifier que ce format permet d enregistrer complètement l image du soleil. Nota : Le diamètre apparent du soleil est toujours supposé être de 33. 5.3. La luminance L du soleil, avant l éclipse, est de l ordre de 3 10 9 cd/m 2. 2 n Pour déterminer le temps de pose τ, on utilise souvent l expression : τ = avec : L. σ n : nombre d ouverture de l objectif. L : luminance de l objet visé. σ : sensibilité du film photographique. Sa sensibilité est 100 I.S.O.(ex A.S.A.). a) Comment définit-on le «nombre d ouverture» n? b) Déterminer le temps de pose théorique que l on devrait obtenir si le nombre d ouverture est 11. Le résultat du calcul correspond-il à un temps de pose courant? Page 3/5

6. Observation du spectre du soleil. Avec le même matériel que celui utilisé qui est utilisé dans la question précédente on veut observer le spectre du soleil. On réalise le montage suivant : Soleil Réseau Fente L Objectif Plan du film photo Appareil photo avec l objectif de la lunette Le réseau comporte 600 traits/mm. La fente, parallèle aux traits du réseau, est située dans le plan focal de la lentille L. 6.1. Donner la relation fondamentale d un réseau utilisé en transmission. Préciser les conventions de signe à l'aide d'un schéma. 6.2. Compte tenu de l absorption du verre de la lentille et de la sensibilité du film, on peut détecter à l aide de ce montage les radiations dont la longueur d onde varie de 380 nm à 700 nm. On règle l ensemble de façon à ce que la lumière du soleil arrive perpendiculairement au plan du réseau (incidence normale). L'image du premier ordre de la fente pour la raie jaune du sodium (~590 nm) est suivant l axe optique de l appareil photo. a) Déterminer alors la valeur de l angle d émergence i lorsque l on obtient cette image. b) La «raie» du sodium est, en fait, un doublet : λ 1 = 589,0 nm. λ 2 = 589,6 nm Déterminer, en radians, la valeur i = i' 2 i' 1 de l angle entre les rayons émergents correspondant à ces deux longueurs d'ondes. c) En déduire la distance séparant les deux images dans le plan du film photo. Normal Ce sujet comporte 5 pages Page 4/5

DOCUMENT-REPONSE (A rendre avec la copie) F oc oculaire objectif Normal Ce sujet comporte 5 pages Page 5/5

FICHE DE MATIERE D'OEUVRE BACCALAUREAT TECHNOLOGIQUE (S.T.L.) Physique de Laboratoire et de Procédés Industriels Session Normale 2000 OPTIQUE ET PHYSICO CHIMIE - Durée : 3 heures - Coefficient : 5 A fournir par le centre d'examen : Feuilles de copie Feuilles de brouillon Deux 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. PL00009/PL00043

1 ) a) 1 H : 17Cl CORRIGE PHYSICO-CHIMIE (4 points) 1s 1 0,25 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5 0,5 b) 3 ligne 17 colonne 0,5 c) Famille des halogènes 0,25 2 a) H Cl 0,75 b) liaison covalente 0,25 NB : Un candidat qui proposera un schéma avec formation H + et Cl - et donnera le terme de liaison ionique aura 0,75 pt/1 pt 3 a) λ = h.c/ E avec E = (4,485 1,6 10-19 ) J = 7,176 10-19 J 1 b) Rayonnement ultra violet. 0,5 Normale Ce Corrigé comporte pages Page PL00009C/PL00043C