DS 1S THÈME COMPRENDRE- LOIS ET MODÈLES INTERACTIONS FONDAMENTALES TRANSFORMATIONS NUCLÉAIRES Page 1 / 3 A NOM :... PRÉNOM :... CLASSE :... DATE :... Toutes les réponses doivent être clairement justifiées. On donnera l expression littérale, exprimant la grandeur à calculer, avant de faire l application numérique. DONNÉES : 1eV = 1,602.10-19 J c = 3,00.10 8 m.s - 1 e = 1,6.10-19 C k = 9,0.10 9 (S.I ) Particule 241 Pu 241 Am 98 Y 1 0 e n!! 141 Cs Masse ( 10-27 kg) 400,20 400,20 162,57 9,109.10-4 1,6749 233,79 I. RÉACTIONS NUCLÉAIRES. 1) Écrire les équations de désintégration des éléments radioactifs ci- dessous: β! du potassium (K) 40 β! du phosphore (P) 37 α du radon (Rn) 222......... 2) Le plutonium 241. Le plutonium (Pu) de numéro atomique Z = 94 n existe qu à l état de traces dans la nature. C est un métal très radioactif, il est un sous- produit obtenu, dans les réacteurs des centrales nucléaires, à partir de l uranium 238. Une fois formé l isotope 241 du plutonium peut se scinder sous l action d un bombardement de neutrons et il est aussi émetteurβ! 2.1) Écrire l équation de la désintégration β! du plutonium 241. 2.2) Calculer l énergie dégagée en Joules puis en ev par cette transformation. On considère l équation de réaction nucléaire suivante : 241 94 Pu+ 1 0 n 141 55 Cs+ 98 39 Y +... 1 0 n. 2.3) Déterminer, en justifiant, le nombre de neutrons manquants. 2.4) S agit- il d une réaction de fission ou de fusion? Spontanée ou provoquée? Justifier les deux réponses.
2.5) Calculer l énergie dégagée, en Joules, puis en ev par cette transformation. 2.6) Comparer cette énergie à celle de la transformation précédente (2.2), commenter le résultat II. MODÈLE PLANÉTAIRE DE L ATOME D HYDROGÈNE. C'est en 1911 que Rutherford, physicien Britannique, fait sa plus grande contribution à la science en découvrant le noyau atomique. Il observe qu en bombardant une fine feuille de mica avec des particules alpha, on obtient une déflexion de ces particules qui peut être expliquée par un modèle planétaire de l atome. Dans ce modèle, on suppose que l électron est animé d un mouvement circulaire de rayon R autour d un noyau central concentrant quasiment toute la masse de l atome : le noyau. Donnée : R = 5,3.10-11 m 1) Quelle est la composition d un atome d hydrogène dont le noyau s écrit : 1 1 H 2) Calculer la valeur, F e, de la force d interaction électrique entre le proton et l électron de cet atome. 3) Cette force est- elle attractive ou répulsive? justifier. 4) Représenter, sur un schéma représentant l atome d hydrogène, la force d interaction électrique qu exerce le proton sur l électron en choisissant une échelle appropriée. 5) Que vaut la valeur, F e, de cette force si l électron se trouve à une distance R = 10.R. (Remarque : sans calculatrice.) III. LA PESÉE DU MONDE PAR CAVENDISH. Henry Cavendish (1731-1810) eut l idée de suspendre par son milieu une légère barre métallique au moyen d un fil. A chaque extrémité de cette barre, il fixa deux petites sphères de plomb (A et A ), plaça ensuite deux grandes sphères (B et B ) à proximité. Les forces gravitationnelles entre les sphères modifièrent légèrement les oscillations initiales de la barre. Par cette expérience Cavendish prétendait déterminer la masse de la Terre. La valeur de la force gravitationnelle entre une sphère suspendue de masse m = 1500g et une grande sphère de masse M = 80 kg, est de
F G = 3,5.10-7 N. Les centres de ces deux sphères sont distants de d = 15 cm. DS 1S THÈME COMPRENDRE- LOIS ET MODÈLES INTERACTIONS FONDAMENTALES TRANSFORMATIONS NUCLÉAIRES Page 3 / 3 A NOM :... PRÉNOM :... CLASSE :... DATE :... 1) Déduire de ces données une valeur de la constante de gravitation G et son unité. 2) Exprimer littéralement la valeur F T/O de la force qu exerce la Terre sur un objet O de masse m, situé à la surface du globe terrestre de masse M T. et de rayon R T 3) Sachant que cette force peut être considérée comme étant le poids de cette objet P = F T/O peut s écrire P = F T/O = m g, où g est l intensité de la pesanteur ( vu en classe de seconde) En déduire une expression littérale donnant la masse de la Terre M T en fonction de G, R T et g. 4) En déduire la masse de la Terre, M T. Donnée : g = 9,81 N.kg - 1 R T = 6370 km
DS 1S THÈME COMPRENDRE- LOIS ET MODÈLES INTERACTIONS FONDAMENTALES TRANSFORMATIONS NUCLÉAIRES Page 5 / 3 B NOM :... PRÉNOM :... CLASSE :... DATE :... Toutes les réponses doivent être clairement justifiées. On donnera l expression littérale, exprimant la grandeur à calculer, avant de faire l application numérique. DONNÉES : 1eV = 1,602.10-19 J c = 3,00.10 8 m.s - 1 e = 1,6.10-19 C k = 9,0.10 9 (S.I ) Particule 241 Pu 241 Am 98 Y 1 0 e 141 Cs Masse ( 10-27 kg) 400,20 400,20 162,57 9,109.10-4 233,79 I. RÉACTIONS NUCLÉAIRES. 1) Écrire les équations de désintégration des éléments radioactifs ci- dessous: α du radon (Ra) 222 β! du potassium (K) 40 β! du phosphore (P) 37......... 2) Le plutonium 241. Le plutonium (Pu) de numéro atomique Z = 94 n existe qu à l état de traces dans la nature. C est un métal très radioactif, il est un sous- produit obtenu, dans les réacteurs des centrales nucléaires, à partir de l uranium 238. Une fois formé l isotope 241 du plutonium peut se scinder sous l action d un bombardement de neutrons et il est aussi émetteurβ! 2.1) Écrire l équation de la désintégration β! du plutonium 241. 2.2) Calculer l énergie dégagée en Joules puis en ev par cette transformation. On considère l équation de réaction nucléaire suivante : 241 94 Pu+ 1 0 n 141 55 Cs+ 98 39 Y +... 1 0 n. 2.3) Déterminer, en justifiant, le nombre de neutrons manquants. 2.4) S agit- il d une réaction de fission ou de fusion? Spontanée ou provoquée? Justifier les deux réponses.
2.5) Calculer l énergie dégagée, en Joules, puis en ev par cette transformation. 2.6) Comparer cette énergie à celle de la transformation précédente (2.2), commenter le résultat II. MODÈLE PLANÉTAIRE DE L ATOME D HYDROGÈNE. C'est en 1911 que Rutherford, physicien Britannique, fait sa plus grande contribution à la science en découvrant le noyau atomique. Il observe qu en bombardant une fine feuille de mica avec des particules alpha, on obtient une déflexion de ces particules qui peut être expliquée par un modèle planétaire de l atome. Dans ce modèle, on suppose que l électron est animé d un mouvement circulaire de rayon R autour d un noyau central concentrant quasiment toute la masse de l atome : le noyau. Donnée : R = 5,3.10-11 m 1) Quelle est la composition d un atome d hydrogène dont le noyau s écrit : 1 1 H 2) Calculer la valeur, F e, de la force d interaction électrique entre le proton et l électron de cet atome. 3) Cette force est- elle attractive ou répulsive? justifier. 4) Représenter, sur un schéma représentant l atome d hydrogène, la force d interaction électrique qu exerce le proton sur l électron en choisissant une échelle appropriée. 5) Que vaut la valeur, F e, de cette force si l électron se trouve à une distance R = 10.R. (Remarque : sans calculatrice.) III. LA PESÉE DU MONDE PAR CAVENDISH. Henry Cavendish (1731-1810) eut l idée de suspendre par son milieu une légère barre métallique au moyen d un fil. A chaque extrémité de cette barre, il fixa deux petites sphères de plomb (A et A ), plaça ensuite deux grandes sphères (B et B ) à proximité. Les forces gravitationnelles entre les sphères modifièrent légèrement les oscillations initiales de la barre. Par cette expérience Cavendish prétendait déterminer la masse de la Terre. La valeur de la force gravitationnelle entre une sphère suspendue de masse m = 1500g et une grande sphère de masse M = 80 kg, est de F G = 3,5.10-7 N. Les centres de ces deux sphères sont distants de d = 15 cm.
DS 1S THÈME COMPRENDRE- LOIS ET MODÈLES INTERACTIONS FONDAMENTALES TRANSFORMATIONS NUCLÉAIRES Page 7 / 3 B NOM :... PRÉNOM :... CLASSE :... DATE :... 1) Déduire de ces données une valeur de la constante de gravitation G et son unité. 2) Exprimer littéralement la valeur F T/O de la force qu exerce la Terre sur un objet O de masse m, situé à la surface du globe terrestre de masse M T. et de rayon R T 3) Sachant que cette force peut être considérée comme étant le poids de cette objet P = F T/O peut s écrire P = F T/O = m g, où g est l intensité de la pesanteur ( vu en classe de seconde) En déduire une expression littérale donnant la masse de la Terre M T en fonction de G, R T et g. 4) En déduire la masse de la Terre, M T. Donnée : g = 9,81 N.kg - 1 R T = 6370 km