Exercices sur les concepts de physique 15 - correction, Exercices de Concepts de physique
Eleonore_sa
Eleonore_sa8 May 2014

Exercices sur les concepts de physique 15 - correction, Exercices de Concepts de physique

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Exercices de physique sur la lumière et la matière- correction. Les principaux thèmes abordés sont les suivants: Le domaine des longueurs d'onde, la figure du schéma du montage expérimental, Application la spectrophotom...
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Exercice I: Lumière et matière (7 points)

Bac S Amérique du sud 2010 CORRECTION EXERCICE I : LUMIÈRE ET MATIÈRE (7 points)

PARTIE A : DIFFRACTION DES ONDES LUMINEUSES 1. Le domaine des longueurs d'onde dans le vide associé aux radiations visibles est compris entre 400 et 800 nm.

2. Une onde lumineuse ne nécessite pas de milieu matériel pour se propager (elle se propage dans le vide) ; ce n’est pas une onde mécanique mais une onde électromagnétique.

3.c T

  c en m.s-1 T en s  en m

4.T c

 

,

9

8

411 10

3 00 10 T

 

 = 1,37×10-15 s

5. λ

= a

 θ en rad,  en m et a en m

6. D’après la figure du schéma du montage expérimental tan  =  = 2

d

D

soit .2

d

D  

7. .2

d

D   et

λ =

a  on a donc

.2

d

a D

 

8. . .2 D

a d

 

,

,

9

3

2 411 10 0 20

1 0 10 a

   

 = 1,6×104 m = 0,16 mm

,

,

9

3

2 411 10 0 20

0 10 10 a

   

 = 1,6×103 m = 1,6 mm

9. Application la spectrophotométrie : Plus la fente est fine et plus la largeur de la tâche centrale est importante. On peut penser que la lumière n’est alors plus assez concentrée sur la cuve contenant la solution. (Remarques bienvenues par email labolycee@labolycee.org)

PARTIE B : DOSAGE DES IONS NICKEL II PAR SPECTROPHOTOMÉTRIE 1. Solution mère Solution fille C0 = 5,0 × 10-1 mol.L-1 C1 = 3,0 × 10-2 mol.L-1

V0 = ? V1 = 50,0 mL Afin de préparer la solution fille, on va effectuer une dilution. Au cours d’une dilution la quantité de matière en chlorure de nickel (II) se conserve : n0 = n1

C0.V0 = C1.V1

soit V0 = .1 1

0

C V

C

V0 = , ,

,

2

1

3 0 10 50 0

5 0 10

 

 = 3,0 mL

2. Pour effectuer une dilution il faut de préférence de la verrerie jaugée. On prépare la solution diluée dans une fiole jaugée de 50,0 mL. Pour prélever 3,0 mL on utilise une pipette graduée de 5,0 mL.

3.(Échelle non respectée)

4. On obtient une droite passant par l’origine O (0 ; 0) et le point M (0,60 ; 0,12) de coefficient

directeur a = ,

,

0 60 0

0 12 0 = 5,0 L.mol-1 On obtient A = 5,0. CNi.

5. CNi = A / 5,0 CNi = 0,50 / 5,0 = 0,10 mol.L-1

6. Vérification graphique de CNi , voir ci-dessus.

PARTIE C : DIAGRAMME D'ÉNERGIE DE L'ATOME D'HYDROGÈNE

1. L'énergie du niveau fondamental correspond au niveau de plus basse énergie, soit n =1 : E1 = -13,6 eV

2. Il faut fournir une énergie de 13,6 eV pour ioniser l'atome d'hydrogène, c’est-à-dire l’amener

au niveau n. 3.1. Les quatre transitions de la série de Balmer sont représentées ci contre : n= 6  n = 2 n = 5  n = 2 n = 4  n = 2 n = 3  n = 2 3.2. La transition électronique de n = 6 à n = 2 libère une énergie

E = E2 – E6 ; ce qui correspond à l’émission d’un photon

d’énergie |E| = h. = .h c

On obtient alors  = .

-

h c

E E2 6

 = , ,

- . , ,

34 8

19

6 62 10 3 00 10

3 39 0 37 1 60 10

  

   = 4,11×10-7 m = 411 nm

3.3. La lampe à vapeur d'hydrogène est utilisable comme source de lumière pour analyser l’absorbance des solutions de chlorure de nickel (II) car elle émet de la lumière contenant une radiation à 411 nm. 3.4. Une lampe à vapeur d'hydrogène présente un spectre discontinu (= spectre de raies) or si on veut tracer le spectre d’absorption il faut une lumière dont le spectre est continu. Donc une lampe à vapeur d’hydrogène n’est pas utilisable dans un spectrophotomètre.

Document 1

13,6

3,39

1,51

0,85

0,54

0,37

0n =

n = 6

n = 5

n = 4

n = 3

n = 2

n = 1

E (eV)

c (mol/L) 0.04 0.08 0.12

A

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

Courbe de l'absorbance en fonction de la concentration

A =

CNi = 0,10 mol.L-1

M

O

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