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| Question | Points |
|---|---|
| Question 1 — Lentilles : construction et conjugaison | 1 |
| Question 2 — Lentilles : construction et conjugaison | 3 |
| Question 3 — Lentilles : construction et conjugaison | 2 |
| Question 4 — Lentilles : construction et conjugaison | 3 |
| Question 5 — Couleurs : synthèses et couleur perçue | 2 |
| Question 6 — Spectre électromagnétique et photon | 1 |
| Question 7 — Spectre électromagnétique et photon | 3 |
| Question 8 — Niveaux d'énergie | 2 |
| Question 9 — Niveaux d'énergie | 2 |
| Question 10 — Résoudre un problème d'optique | 1 |
| Total | 20 |
Partie A — Lentilles
Question 1
1 ptCompétence : Lentilles : construction et conjugaison
Un rayon lumineux passant par le foyer objet F d'une lentille convergente :
Il ressort parallèle à l'axe optique.
Question 2
3 ptsCompétence : Lentilles : construction et conjugaison
Un objet AB de 6,0 cm est placé à 40 cm devant une lentille convergente de distance focale 8,0 cm. Calculer \(\overline{OA'}\), en cm. (\(\dfrac{1}{\overline{OA'}} - \dfrac{1}{\overline{OA}} = \dfrac{1}{\overline{OF'}}\) ; \(\gamma = \dfrac{\overline{A'B'}}{\overline{AB}} = \dfrac{\overline{OA'}}{\overline{OA}}\))
Barème : 1 pt valeurs algébriques ; 1 pt relation ; 1 pt résultat.
\(\overline{OA} = -40\ \text{cm}\), \(\overline{OF'} = 8{,}0\ \text{cm}\).
\(\dfrac{1}{\overline{OA'}} = \dfrac{1}{8{,}0} + \dfrac{1}{-40} = 0{,}125 - 0{,}025 = 0{,}100\ \text{cm}^{-1}\), donc \(\overline{OA'} = 10\ \text{cm}\).
Question 3
2 ptsCompétence : Lentilles : construction et conjugaison
Calculer le grandissement \(\gamma\) (sans unité, avec son signe).
\(\gamma = \dfrac{\overline{OA'}}{\overline{OA}} = \dfrac{10}{-40} = -0{,}25\).
Question 4
3 ptsCompétence : Lentilles : construction et conjugaison
Décrire complètement l'image (nature, sens, taille en cm, position) et justifier chaque caractéristique.
Image réelle (\(\overline{OA'} = +10\ \text{cm} > 0\)), renversée (\(\gamma < 0\)), de taille \(|\overline{A'B'}| = 0{,}25\times6{,}0 = 1{,}5\ \text{cm}\), soit 4 fois plus petite que l'objet, située 10 cm après la lentille.
Grille d'auto-évaluation (coche ce qui figure dans ta réponse)
Partie B — Couleurs et spectre
Question 5
2 ptsCompétence : Couleurs : synthèses et couleur perçue
Une banane jaune (elle diffuse le rouge et le vert, absorbe le bleu) est éclairée successivement en lumière bleue, puis en lumière magenta. Quelle couleur prend-elle dans chaque cas ? Justifier.
Lumière bleue : la banane absorbe le bleu et ne reçoit ni rouge ni vert : elle apparaît noire.
Lumière magenta (= rouge + bleu) : elle diffuse le rouge et absorbe le bleu : elle apparaît rouge.
Grille d'auto-évaluation (coche ce qui figure dans ta réponse)
Question 6
1 ptCompétence : Spectre électromagnétique et photon
Un rayonnement de longueur d'onde 10 µm appartient au domaine :
\(10\ \mu\text{m} = 1{,}0\times10^{-5}\ \text{m}\), entre 800 nm et 1 mm : infrarouge.
Question 7
3 ptsCompétence : Spectre électromagnétique et photon
Calculer l'énergie, en eV, d'un photon de longueur d'onde 405 nm. (\(h = 6{,}63\times10^{-34}\ \text{J·s}\) ; \(c = 3{,}00\times10^{8}\ \text{m/s}\) ; \(1\ \text{eV} = 1{,}60\times10^{-19}\ \text{J}\).)
Barème : 1 pt relation ; 1 pt conversion nm → m ; 1 pt conversion en eV.
\(E = \dfrac{h\,c}{\lambda} = \dfrac{6{,}63\times10^{-34}\times3{,}00\times10^{8}}{405\times10^{-9}} = 4{,}91\times10^{-19}\ \text{J}\).
\(E = \dfrac{4{,}91\times10^{-19}}{1{,}60\times10^{-19}} \approx 3{,}07\ \text{eV}\).
Partie C — Niveaux d'énergie
Question 8
2 ptsCompétence : Niveaux d'énergie
Expliquer pourquoi le spectre d'émission d'un gaz atomique est un spectre de raies, en distinguant émission et absorption.
L'énergie de l'atome est quantifiée. Lors d'une émission, l'atome passe d'un niveau supérieur à un niveau inférieur en émettant un photon d'énergie \(\Delta E\) ; lors d'une absorption, il absorbe un photon d'énergie exactement \(\Delta E\) et monte de niveau. Seules certaines valeurs de \(\Delta E\), donc de \(\lambda = hc/\Delta E\), sont possibles : le spectre est formé de raies.
Grille d'auto-évaluation (coche ce qui figure dans ta réponse)
Question 9
2 ptsCompétence : Niveaux d'énergie
Un atome d'hydrogène passe du niveau \(E_3 = -1{,}51\ \text{eV}\) au niveau \(E_2 = -3{,}40\ \text{eV}\). Calculer la longueur d'onde du photon émis, en nm.
\(\Delta E = 1{,}89\ \text{eV} = 3{,}02\times10^{-19}\ \text{J}\) ; \(\lambda = \dfrac{hc}{\Delta E} = \dfrac{1{,}99\times10^{-25}}{3{,}02\times10^{-19}} \approx 6{,}58\times10^{-7}\ \text{m} \approx 658\ \text{nm}\).
Question 10
1 ptCompétence : Résoudre un problème d'optique
De quelle couleur est cette radiation ?
658 nm : radiation visible rouge (raie Hα de l'hydrogène).