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QCM N° 07 |
Cohésion de la Matière |
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QCM N° 07 a :
Interactions fondamentales et réactions
nucléaires.
Pour chaque question, indiquer la (ou les) bonne(s) réponse(s). |
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Énoncé |
A |
B |
C |
R |
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1 |
La charge du proton est : |
Appelée la charge élémentaire |
Nulle |
Égale à 1,6
x 10
– 19 C |
AC |
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2 |
La masse de l’électron est : |
Négligeable par rapport à celle d’un noyau |
Négligeable par rapport à celle d’un nucléon |
Du même ordre de grandeur que celle d’un nucléon |
AB |
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3 |
L’électron et le proton portent des charges opposées. L’atome est électriquement neutre
car : |
Il contient autant de neutrons que d’électrons. |
Il contient autant de protons que de neutrons |
Il contient autant de protons que d’électrons |
C |
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4 |
La représentation symbolique d’un
atome de fluor est
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19 est le nombre de protons et d’électrons 9 est le nombre de neutrons |
19 est le nombre de nucléons, 9 est le nombre d’électrons et de protons |
19 est le nombre de neutrons, 9 est le nombre de protons et d’électrons |
B |
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5 |
Deux atomes isotopes ont : |
Le même nombre de
protons |
Le même nombre de
neutrons |
Le même nombre de
nucléons |
A |
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6 |
L’interaction gravitationnelle prédomine : |
À l’échelle astronomique |
À l’échelle moléculaire |
À l’échelle nucléaire |
A |
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7 |
À l’échelle de la molécule : |
L’interaction gravitationnelle est prédominante |
L’interaction électromagnétique est prédominante |
L’interaction forte est prédominante |
B |
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8 |
À l’échelle de l’atome :
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L’interaction gravitationnelle est prédominante |
L’interaction électromagnétique est prédominante |
L’interaction forte est prédominante |
B |
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9 |
L’interaction forte prédomine : |
À l’échelle astronomique |
À l’échelle
moléculaire |
À l’échelle du noyau |
C |
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10 |
L’interaction gravitationnelle : |
Est toujours répulsive |
Peut être attractive ou répulsive |
Est toujours attractive |
C |
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11 |
La portée de l’interaction électromagnétique est : |
Limitée |
Infinie |
La même que celle de l’interaction gravitationnelle |
BC |
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12 |
L’ordre de grandeur du diamètre de la Terre est de : |
1021 m |
10–10 m |
107m |
C |
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13 |
L’ordre de grandeur de la masse d’un proton est : |
1027 kg |
10 – 31 kg |
10 – 27 kg |
C |
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14 |
Un noyau atomique est constitué : |
De protons et de neutrons |
D’électrons et de neutrons |
De protons et d’électrons |
A |
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15 |
On peut électriser un objet en lui apportant ou en lui arrachant : |
Des protons |
Des électrons |
Des neutrons |
B |
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16 |
L’expression de la valeur de la force électrique est : |
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A |
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17 |
L’interaction électromagnétique est : |
Est toujours répulsive |
Répulsive ou attractive |
Toujours attractive |
B |
-
Structure des atomes :
-
Un atome est une entité
constituée d’un noyau et d’électrons en mouvement dans le vide
autour du noyau.
-
Le noyau :
-
Le noyau est constitué de
particules appelées nucléons.
-
Les nucléons sont de deux
types : les protons et les neutrons.
-
Caractéristiques du proton :
-
Masse : m p = 1,67265 x 10
– 27
kg
-
Charge : + e = 1,602189 x 10 –
19 C
-
C
est le symbole du coulomb unité de charge électrique
-
Caractéristiques du neutron
:
-
Masse : m n = 1,67496 x 10 – 27 kg
-
Charge :
nulle
-
Remarque :
e représente la charge élémentaire (la plus petite charge
connue).
-
Toute charge électrique
Q s’exprime en un nombre entier de charges élémentaires :
Q = n . e
-
La masse du neutron est
voisine de celle du proton : m p ≈
m n
- Les électrons.
- Caractéristiques de l’électron :
-
Masse
m e = 9,10953 x 10 – 31 kg
- Charge : - e = - 1,602189 x 10 – 19 C
- Mouvement des électrons autour du noyau :
- Les électrons d’un atome se déplacent à grande vitesse et à grande distance autour du noyau.
- Ils n’ont pas de trajectoire bien définie.
- C’est pour cela que l’on parle de nuage électronique.
- On peut délimiter une région de l’espace autour du noyau ou la probabilité de trouver l’électron est maximale.
- La masse du proton est environ 1846 fois celle de l’électron
- Symbole des atomes.
- Les atomes sont représentés par des symboles :
- En général, la première lettre du nom écrite en majuscule.
- On rajoute parfois une deuxième lettre écrite en minuscule pour éviter les confusions.
- On trouve les symboles de tous les atomes dans la classification périodique que l’on étudiera plus tard.
- Le symbole du noyau s’obtient à partir du symbole de l’atome correspondant.
-
Exemple : Symbole de
l’atome d’hydrogène : H, symbole du noyau :
- Nombre de protons : 1 Nombre de neutrons : 1 Nombre d’électrons : 1
-
Formule générale du noyau d’un
atome :
- A : nom de masse, nombre de nucléons
- Z : nombre de charges, nombre de protons
- Masse de l’atome.
-
Atome le plus léger : atome d’hydrogène : m H
= 1,67 x 10 – 27 kg
-
L’un des plus lourd : atome d’uranium : m U
= 3,95 x 10 – 25 kg
- Il est environ 240 fois plus lourd.
-
La masse d’un atome est
essentiellement concentrée sur son noyau car la masse des électrons
est négligeable devant celle des nucléons :
m p ≈ 1846 m
e
- La masse d’un atome de nombre de masse A : m Atome ≈ A . m H
- Dimension des atomes.
- L’atome appartient au domaine de l’infiniment petit.
- Le plus petit des atomes : atome d’hydrogène : r H ≈ 52,9 pm.
- L’un des plus gros : atome de Césium :r Cs ≈ 265 pm
- Le rayon des atomes est de l’ordre de 100 pm.
- Le rayon de l’atome est 100 000 fois plus gros que celui du noyau.
- Les isotopes.
- Des atomes sont isotopes si leurs noyaux possèdent le même nombre de protons mais des nombres différents de neutrons.
- La force gravitationnelle.
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Deux corps ponctuels A et B de masses respectives mA et mB exercent l’un sur l’autre des forces d’attraction, directement opposées, dirigées suivant la droite (AB), de valeur proportionnelle aux masses et inversement
proportionnelle au carré de leur distance
r. |
- Schéma :
- Expression vectorielle :
-
-
G est la
constante de gravitation
Universelle :
.
- La force électrostatique.
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Dans le vide, deux particules A et B, portant les charges électriques respectives q A et q B, séparées par la distance r sont soumises à deux
forces directement opposées :
- Expression :
|
- Premier cas : on considère que : qA . qB > 0
- Deuxième cas : on considère que : qA . qB < 0
-
Étude de l’expression :
-
:
vecteur unitaire :
direction droite (AB)
et sens de A
vers B.
-
k :
constante
- r : distance séparant les deux charges électriques en mètre m.
- F : force électrique en newton N.
-
Analogies et différences entre les
forces de gravitation et les forces électrostatiques
- Analogies : les forces électriques et les forces de gravitation, sont :
- Proportionnelles aux grandeurs qui les créent
- Et inversement proportionnelle au carré de la distance.
- Différences :
- Les forces de gravitation sont toujours attractives alors que les forces électriques sont attractives ou répulsives.
- À l’échelle macroscopique les forces électriques sont négligeables devant les forces de gravitation,
- À l’échelle microscopique les forces de gravitation sont négligeables par rapport aux forces électriques.
- Attention : pour la valeur de la force : les charges sont des grandeurs algébriques. Pour ne pas avoir de problème :
-
il
faut écrire :
et pour l’expression vectorielle :
-
.
- L’interaction forte.
- Quelle est l’interaction qui assure la cohésion du noyau ?
- L’interaction électrique peut-elle expliquer la cohésion du noyau d’un atome ?
- Un noyau est constitué de protons et de neutrons.
- Or les protons sont chargés positivement et se repoussent. Le noyau devrait exploser.
- À l’échelle nucléaire prédomine une autre interaction fondamentale, appelée interaction forte.
- Cette interaction attractive entre les nucléons est 100 à 1000 fois plus grande que l’interaction électrique.
- Son action est limitée à l’échelle du noyau : elle est de l’ordre du femtomètre.
- L’interaction forte est mise en jeu dans les réactions nucléaires qui produisent de l’énergie dans les étoiles et les centrales nucléaires.
- L’énergie libérée par les réactions nucléaires est nettement plus importantes que celle libérée par les réactions chimiques.
- Phénomène d’électrisation :
- La matière est constituée à partir d’atomes.
- Les atomes sont électriquement neutres.
- L’atome est constitué d’un noyau positif entouré d’un nuage électronique.
- Le nuage électronique est constitué d’électrons chargés négativement.
- Le noyau est constitué de protons chargés positivement et de neutrons électriquement neutres.
- Au niveau du lycée, les particules élémentaires sont : les protons, les neutrons et les électrons.
- Les phénomènes d’électrisation s’expliquent à partir des particules élémentaires.
- Par frottement, ce sont les électrons périphériques qui sont arrachés des atomes.
- L’électrisation par frottement résulte d’un transfert d’électrons d’un corps vers un autre.
- Un corps chargé positivement possède un défaut d’électrons.
- Un corps chargé négativement possède un excès d’électrons.
- La Terre :
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