La lumière

Exercice n°12 P 255 : un faisceau laser visible.

1. Le rayon laser est visible sur la photographie grâce aux particules contenues dans l'atmosphère qui peuvent diffuser la lumière émise.

2. Dans le vide, il n'y a p lus de particules, le rayon est invisible.

Exercice n°14 P 255 : Longueurs d'onde et lumière blanche.

1. Lumière blanche.

2. La lumière blanche est composées de radiations. C'est cette superposition qui donne cette "lumière blanche". On parvient à disperser ces radiations à l'aide d'un système dispersif (prisme, réseau).

3. Les longueurs d'onde correspondent par ordre croissant au violet, bleu, cyan, vert, jaune, orange et rouge.

Exercice n°15 P 255 : Conversion d'une longueur d'onde.

1. $4,3.10^{ \ -7} \ = \ 4,3.10^{ \ -7} \times \left( \color{red}{10^{ \ -2} \times 10^{ \ 2}} \right ) \ = \ \ 4,3.10^{ \ -7} \times \color{blue}{10^{ \ -2}} \times \color{red}{10^{ \ 2}} \ = \ 4,30 \times 10^{ \ -9} \times 100 \ = \ 430 \ nm$

2a. Les longueurs d'onde de la lumière visible s'étendent de 380 à 780 nm. Le laser de longueur d'onde $\lambda = 1200 \ nm$ n'est pas visible (domaine des infrarouges).

2b. $\lambda = 1200 \ nm \ = 1200 \times 10^{ \ -9} \ m \ = 1,2 \times 10^{ \ -9} \ m$

Exercice n°16 P 255 : Lumière monochromatique et polychromatique.

1,2. Une lumière monochromatique n'est constitué que d'une seule longueur d'onde (ex : laser).

une lumière polychromatique quant à elle contient plusierus longueurs d'onde (ex : lumière blanche).

3. Une lumière monochromatique est caractérisée par sa longueur d'onde exprimée en nanomètre (nm).

4. Pour identifer le type de lumière, on tente de la disperser à l'aide deun prisme ou d'un réseau.

Exercice n°20 P 256 : Indice optique et dispersion.

1. La déviation d'une lumière DEPEND de la longueur d'onde de lalumière.

2. La déviation d'une radiation à la traversée d'un diopre air/verre ou verre air étant d'autant plus garnde que la longueur d'onde est grande, l'indice de réfraction est d'autant plus grand que l'indice de réfraction est petit (loi de Snell-Descartes).

$n_{verre} \left ( 400 \ nm \right ) > n_{verre} \left ( 700 \ nm \right )$

3. Plus l'indice de réfraction est petit, plus la lumière sera est déviée. La milère sera plus déviée par le "Crown" que par le "Flint".

Cependant, la variation de l'indice en fonction de la longeur d'onde est plus grande chez le "Flint" que chez le "Crown". La disperesion sera meilleur avec le "Flint" qu'avec le "Crown" (la courbe du Flint est moins "écrasée").

Exercice n°22 P 256 : Le spectre de la lumière blanche.

1. Le spectre de la lumière blanche contient toutes les radiations. Il s'agit donc du spectre B.

2. Le spectre de la lumière blanche est continu.

Exercice n°29 P 257 : Raie(s) caractéristique(s) ?

1. Les raies violette de l'hélium et du lithium sont toutes les deux situées à la longueur d'onde $\lamda_{violette} = 413 \nm$

La seule raie violette ne permet donc pas de les identifier.

2. Les raies vertes de l'hélium et du lithium sont situées à $\lambda_{vert, \ hélium} = 490 \ nm$ et $\lambda_{vert, \ lithium} = 496 \ nm$ .

La précision du spectrophomètre devra être suffisamment importante (au moins au nm près).

3. Pour pouvoir distinguer deux espèces à partir de leurs spectres, une seule raie ne suffit pas, certains peuvent présenter différents raies à la même longueur d'onde.

Exercice n°32 P 258 : Détermination du type de verre.

1. D'après la loi de Snell-Descartes : $n \times sin \left ( i' \right )=1 \times sin \left ( i \right )$

On en déduit : $n=\dfrac{sin \left ( 53,6 \right )}{sin \left ( 30,0 \right )} = 1,61$

2. Une lecture graphique ) la longueur d'onde $\lambda = 500 \ nm$, on déduit qu'il s'agit du verre "Flint"

Exercice n°32 P 258 : Détermination du type de verre.

1. D'après la loi de Snell-Descartes : $n \times sin \left ( i' \right )=1 \times sin \left ( i \right )$

On en déduit : $n=\dfrac{sin \left ( 53,6 \right )}{sin \left ( 30,0 \right )} = 1,61$

2. Une lecture graphique ) la longueur d'onde $\lambda = 500 \ nm$, on déduit qu'il s'agit du verre "Flint"

Exercice n°36 P 260 : Des spectres d'étoiles.

1. Pour disperser la lumière, on peut utiliser un réseau ou un prisme.

2. La lumière produise par ses étoiles est polychromatique car leurs spectres contiennent plusieurs couleurs, correspondant à des radiations différentes, donc des plusieurs longeurs d'onde.

3. Le spectre A contient plus de bleu que le spectre B. Castor est donc plus chaude qu'Aldébaran.

4. L'étoile blanche est la plus chaude, elle émet donc davantage dans le bleu, c'est Castor.

Exercice n°36 P 260 : Des spectres d'étoiles.

1. Le gaz doit être excité, par une tension électrique par exemple.

2. Le réseau permet la dispersion de la lumière, on aurait pu le remplacer par un prisme.

3a, b,c. On obtient un spectre de raies car la source émetrice est un gaz constitué d'un gaz qui émet à des longueurs d'onde qui lui sont propres. Chaque raie est identifiée à une longueur d'onde.

Exercice n°40 P 261 : Profil spectral d'une supernova.

1. En abscisse : la longueur d'onde, en ordonnée : l'intensité du rayonnement.

2a. L'émission est polychromatique, le spectre contient plusieurs longueurs d'onde.

2b. Le spectre est celui d'un corps chaud, on n'observe pas de raies.

2c. Le spectre est plus intense dans la première partie du spectre, dans le bleu.

3. Plus le spectre contient de bleu, plus l'émetteur est chaud. On en déduit la température de surface de la supernova a une température plus élevée que celle du Soleil.

Exercice n°42 P 261 : Analyse de la composition du sol martien.

1. La lumière émise par a laser se fait à une longueur d'onde particulière.

2, 3, 4. L'échauffement permet de les vaporiser en surface. Cette vaporisation permet en retour une émission de lumière spécifique aux éléments qui la constitue. C'est cette émission de lumière qui est analysée par le spectromètre.

5. On observe des raies aux longueurs d'onde du calcium (A : 423, D : 443, E : 444, F : 446 nm). La roche contient donc du calcium.

5. On observe d'autres raies ( B, C). La roche contient donc d'autres éléments.

Exercice n°50P 264 : Etalonner un spectre d'étoile.

1. Après une capture d'écran sur le spectre étalon du lithium :

$\bullet$ On reporte l'image dans "Tracker".

$\bullet$ On calibre l'intervalle de 460 à 670 nm (210).

$\bullet$ A l'aide de la règle, on mesure les écarts des raies à la raie à 460 nm.

$\bullet$ Pour les raies à gauche de cette raie, on soustrait la mesure faite.

$\bullet$ Pour les raies à droite de cette raie, on ajoute la mesure faite.

Les raies du lithium sont aux longueurs d'onde : 394, 407.5, 425, 497, 610 et 670 nm.

La raie n°1 est placée à 410 nm, la raie n°2 à 434 nm, la raie n°3 à 487 nm, la raie n°4 à 655 nm et la raie n°5 à 694 nm.

On retouve ces longueurs d'onde dans celle de l'HYDROGENE.