|
Phys. N° 02 |
La Lumière des étoiles. Exercices. |
|
|
|
|
I- Exercice 3 : Associer couleur et longueur d’onde. II- Exercice 5 : Du spectre au montage. III- Exercice 7 : Spectre du lithium. IV- Exercice 9 : Profil spectral d’une étoile. |
I- Exercice 3 : Associer couleur et longueur d’onde.
|
Énoncé :
Cliquer sur l'image pour l'agrandir La longueur d’onde du spectre A est λ v = 521 nm. 1)- Parmi les spectres ci-dessus, quel est celui de la lumière blanche ? 2)- Quelles sont les longueurs d’onde des radiations visibles par l’œil humain ? 3)- La longueur d’onde λ j de la raie jaune est-elle 280 nm, 450 nm, 584 nm ou 948 nm ? |
|
Correction : 1)- Spectre de la lumière blanche : - Le spectre de la lumière blanche est le spectre C. - C’est un spectre continu qui comprend toutes les radiations du violet au rouge. 2)- Longueurs d’onde des radiations visibles par l’œil humain : - L’œil humain n’est sensible qu’aux radiations dont les longueurs d’onde sont comprises entre 400 nm et 800 nm.
- La lumière blanche est un mélange de toutes les radiations visibles par l’œil humain. 3)- La longueur d’onde λj de la raie jaune est-elle 280 nm, 450 nm, 584 nm ou 948 nm ? - Pour λ = 280 nm < 400 nm : U.V - Pour λ = 450 nm ; une radiation bleue. - Pour λ = 584 nm = λ j ; une radiation jaune. - Pour λ = 984 nm > 800 nm : I.R |
II- Exercice 5 : Du spectre au montage.
|
Énoncé :
Cliquer sur l'image pour l'agrandir
Cliquer sur l'image pour l'agrandir 1)- a)- Quel est le rôle du réseau représenté sur les schémas des montages ci-dessus ? b)- Par quoi peut-on remplacer le réseau ? 2)- Associer à chaque spectre le montage correspondant. |
|
Correction : 1)-
a)- Rôle du réseau : - Le réseau dévie et décompose une lumière et permet d’en observer le spectre. b)- Remplacement du réseau : - On peut remplacer le réseau par un prisme. 2)- Associer à chaque spectre le montage correspondant. - Le montage I permet d’observer un spectre d’émission. - Il correspond au spectre a. - Le montage II permet d’observer un spectre d’absorption. - Il correspond au spectre b. |
III- Exercice 7 : Spectre du lithium.
|
Énoncé : Le document ci-dessous représente le spectre d’absorption de l’atome de lithium.
Cliquer sur l'image pour l'agrandir 1)- À quoi correspondent les raies noires du spectre ? 2)- Représenter le spectre d’émission du lithium. |
|
Correction : 1)- Les raies noires du spectre : - Les raies noires du spectre correspondent aux radiations absorbées par le lithium. - Elles sont caractéristiques du lithium. 2)- Spectre d’émission du lithium. - Le lithium émet les radiations qu’il absorbe.
Cliquer sur l'image pour l'agrandir |
IV- Exercice 9 : Profil spectral d’une étoile.
|
Énoncé :
Cliquer sur l'image pour l'agrandir 1)- L’allure globale de ce profil spectral est représentée en pointillés. Elle passe par un maximum. a)- Évaluer la longueur d’onde associée à ce maximum. b)- Quel renseignement sur l’étoile nous apporte la valeur de cette longueur d’onde ? 2)- À quoi sont dus les minima d’intensité lumineuse représentés en vert sur le profil spectral ? |
|
Correction :
1)- a)- Longueur d’onde associée au maximum.
Cliquer sur l'image pour l'agrandir
- Mesures 1 (les mesures ont été effectuées avec le logiciel gratuit PHOTOFILTRE.
Cliquer sur l'image pour l'agrandir
- Mesures 2 :
Cliquer sur l'image pour l'agrandir
- À l’aide des mesures réalisées à l’aide d’un logiciel de retouche d’images (Photofitre) - On peut compléter le tableau suivant et calculer la valeur de λ max.
-
- Car pour les mesures 2, on est parti de la graduation 400 nm b)- Renseignement sur l’étoile apporté par la valeur de cette longueur d’onde. - La valeur de λ max nous renseigne sur la valeur de la température de la surface de l’étoile. 2)- Les minima d’intensité lumineuse représentés en vert sur le profil spectral. - Ces minima sont dus aux radiations absorbées par les entités chimiques présentes dans l’atmosphère de l’étoile. - Ils nous renseignent sur la composition chimique del’atmosphère de l’étoile. |
V- Exercice 13 : Sources lumineuses et spectres.
|
Énoncé : À l’aide d’un spectroscope, on observe les spectres de quatre lumières. Ces spectres et ces lumières sont décrits ci-dessous.
1)- Attribuer chaque spectre à une des lumières décrites. 2)- Décrire chaque spectre en utilisant les termes suivants : continu, raie, émission, absorption. |
|
Correction : 1)- et 2)- Spectre et lumière associée et description.
|
|
Énoncé : En physique, un « corps noir » est un objet idéal émettant un rayonnement qui n’est fonction que de sa température. La loi de Wien relie la température θ de ce corps noir et la longueur d’onde λ max pour laquelle le profil spectral de la lumière qu’il émet passe par un maximum.
La température
θ
s’exprime en degré Celsius et la longueur
d’onde
λ
max
en nm. Pour retrouver expérimentalement la loi de Wien, on augmente progressivement la température θ d’un morceau de métal. Pour chacune des températures, on mesure la longueur d’onde pour laquelle l’intensité lumineuse est maximale. On obtient les résultats suivants :
1)- À l’aide d’un tableur, tracer θ en fonction de λ max. Ces deux grandeurs sont-elles proportionnelles ?
2)-
Dans une nouvelle colonne du tableau, calculer
Tracer le
graphique représentant θ
en fonction de
Quelle est l’allure de la courbe obtenue ? 3)- Établir l’équation de la courbe obtenue à l’aide du tableur. Montrer qu’elle correspond à la loi de Wien qui s’écrit : 4)- Cette loi peut être appliquée à la lumière provenant d’une étoile. Que permet-elle alors de connaître ?
|
|
Correction : 1)-
Graphe : θ en fonction de λ
max
Cliquer sur l'image pour l'agrandir - La courbe obtenue n’est pas une droite qui passe par l’origine. - Les grandeurs θ et λ max ne sont pas proportionnelles. 2)-
Graphique représentant θ
en fonction de
Cliquer sur l'ima - Les points sont sensiblement alignés. - La droite moyenne tracée ne passe pas par l’origine. - Les grandeurs θ et 1 / λ max ne sont pas proportionnelles. 3)- Équation de la courbe : - Mais il existe une relation simple liant ces deux grandeurs : - à l’aide du tableur, on peut faire afficher, l’équation de la droite et le coefficient de détermination. - On tire :
-
- Le résultat est proche de la relation de Wien.
-
4)- Cette relation permet de déterminer la valeur de la température à la surface d’une étoile à partir de la connaissance de λ max (que l’on déduit du profil spectral de l’étoile). |
VII-
Exercice 17 : Oh,
be a fine girl, kiss me.
|
Énoncé : Une étoile de température θ (en °C) émet une lumière dont le spectre présente un maximum d’intensité pour la longueur d’onde λ max (en nm). Ces deux grandeurs sont liées par la relation :
Les astrophysiciens répartissent les étoiles en sept classes spectrales selon la température de leur surface.
1)- Donner un encadrement des λ max des étoiles de chaque catégorie. 2)- Parmi ces longueurs d’onde, quelles sont celles qui appartiennent à la lumière visible ? 3)- Recopier et compléter le tableau suivant.
|
|
Correction : 1)- Encadrement des λ max des étoiles de chaque catégorie.
-
De la relation :
-
On tire :
2)- Radiations visibles : L’œil humain n’est sensible qu’aux radiations dont les longueurs d’onde sont comprises 3)- Tableau :
|
|
|
