| Niveau | 2e année collège |
|---|---|
| Matière | Physique-chimie |
| Semestre | semestre 2 |
| Devoir | Devoir n° 1 |
| Durée | 1 heure |
| Barème | sur 20 |
| Leçons | Sources de lumière et réception : sources primaires et objets éclairés, Propagation de la lumière : milieux transparents, translucides et opaques ; propagation rectiligne ; vitesse de la lumière, Rayon lumineux et faisceau lumineux, Applications de la propagation rectiligne : ombre propre et ombre portée, éclipses |
| Programme | Orientations pédagogiques et programmes de l'enseignement de la physique-chimie au cycle secondaire collégial – Ministère de l'Éducation nationale |
Devoirs modèles rédigés par l'équipe Wadifa Info, conformes au programme officiel, non officiels.
Énoncé
Exercice 1 : Connaissances (5 pts)
- Classer en sources primaires de lumière et objets éclairés (sources secondaires) : le Soleil ; la Lune ; une lampe de poche allumée ; le mur de la classe ; l'écran allumé d'un téléphone ; un cahier.
- Compléter : un milieu est …… s'il laisse passer la lumière et permet de voir nettement les objets à travers lui, comme le verre ordinaire ; il est …… s'il laisse passer une partie de la lumière sans permettre de voir nettement les objets, comme le verre dépoli ; il est …… s'il ne laisse pas passer la lumière, comme le bois. Dans un milieu transparent et homogène, la lumière se propage en …… .
Exercice 2 : Vitesse de la lumière (5 pts)
On considère que la vitesse de la lumière dans le vide et dans l'air est c = 300 000 km/s.
- La distance Terre–Soleil est d'environ 150 000 000 km. Calculer, en secondes puis en minutes et secondes, la durée mise par la lumière du Soleil pour arriver sur la Terre.
- La lumière venant de la Lune met environ 1,28 s pour arriver sur la Terre. Calculer la distance Terre–Lune.
- L'année-lumière est la distance parcourue par la lumière dans le vide en une année. Calculer sa valeur en kilomètres (on prend 1 an = 365 jours) et donner le résultat en écriture scientifique.
Exercice 3 : Propagation rectiligne (5 pts)
On place une bougie allumée devant trois plaques de carton percées en leur centre ; on aligne les trois trous, puis on regarde à travers. Ensuite, on déplace légèrement la plaque du milieu vers la droite.
- Qu'observe-t-on dans les deux cas ?
- Que peut-on conclure sur la propagation de la lumière ?
- Définir le rayon lumineux et indiquer comment on le représente.
- Citer les trois types de faisceaux lumineux.
Exercice 4 : Ombres et éclipses (5 pts)
On éclaire une boule opaque avec une petite lampe (source ponctuelle) et on place un écran derrière la boule.
- Définir l'ombre propre et l'ombre portée.
- Comment varie le diamètre de l'ombre portée sur l'écran quand on rapproche la boule de la lampe sans déplacer l'écran ? Justifier.
- Recopier et compléter le tableau :
Phénomène Astre situé entre les deux autres Astre qui se trouve dans l'ombre Éclipse de Soleil …… …… Éclipse de Lune …… …… - Pourquoi une éclipse de Lune ne peut-elle se produire qu'une nuit de pleine lune ?
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Exercice 1 : Connaissances
- Sources primaires (elles produisent la lumière qu'elles émettent) : le Soleil, la lampe de poche allumée, l'écran allumé du téléphone. Objets éclairés (ils renvoient une partie de la lumière qu'ils reçoivent) : la Lune, le mur de la classe, le cahier.
- transparent ; translucide ; opaque ; ligne droite (propagation rectiligne de la lumière).
Barème : Q1 : 3 pts (0,5 par élément) ; Q2 : 2 pts (0,5 par vide).
Exercice 2 : Vitesse de la lumière
- t = d/c = 150 000 000 / 300 000 = 500 s, soit 8 min 20 s.
- d = c × t = 300 000 × 1,28 = 384 000 km.
- Durée d'une année en secondes : 365 × 24 × 3600 = 31 536 000 s. Donc une année-lumière = 300 000 × 31 536 000 = 9 460 800 000 000 km ≈ 9,46 × 1012 km.
Barème : Q1 : 2 pts (relation 0,5 + 500 s 1 + conversion 0,5) ; Q2 : 1,5 pt ; Q3 : 1,5 pt.
Exercice 3 : Propagation rectiligne
- Quand les trous sont alignés, on voit la flamme de la bougie ; quand on déplace la plaque du milieu, on ne la voit plus.
- Dans un milieu transparent et homogène, la lumière se propage en ligne droite.
- Le rayon lumineux est la ligne droite suivie par la lumière lors de sa propagation ; on le représente par un segment de droite muni d'une flèche qui indique le sens de propagation.
- Faisceau parallèle ; faisceau convergent ; faisceau divergent.
Barème : Q1 : 1,5 pt ; Q2 : 1 pt ; Q3 : 1 pt (définition 0,5 + représentation 0,5) ; Q4 : 1,5 pt (0,5 par type).
Exercice 4 : Ombres et éclipses
- Ombre propre : partie non éclairée de l'objet opaque lui-même. Ombre portée : zone non éclairée sur l'écran (ou derrière l'objet), que la lumière n'atteint pas à cause de l'objet opaque.
- Le diamètre de l'ombre portée augmente, car la lumière se propage en ligne droite : plus la boule est proche de la source, plus le cône de lumière qu'elle arrête est large.
Phénomène Astre situé entre les deux autres Astre qui se trouve dans l'ombre Éclipse de Soleil la Lune (entre le Soleil et la Terre) une partie de la Terre, dans l'ombre de la Lune Éclipse de Lune la Terre (entre le Soleil et la Lune) la Lune, dans l'ombre de la Terre - Car l'éclipse exige que le Soleil, la Terre et la Lune soient alignés avec la Terre au milieu ; dans cette position, la face de la Lune tournée vers la Terre est entièrement éclairée : c'est la pleine lune.
Barème : Q1 : 1 pt ; Q2 : 1 pt ; Q3 : 2 pts (0,5 par case) ; Q4 : 1 pt.
Barème
| Exercice 1 : Connaissances | 5 pts |
| Exercice 2 : Vitesse de la lumière | 5 pts |
| Exercice 3 : Propagation rectiligne | 5 pts |
| Exercice 4 : Ombres et éclipses | 5 pts |
| Total | 20 pts |
|---|
Conseils de révision
- Distinguer une source primaire (elle produit la lumière) d'un objet éclairé (il la renvoie).
- Vitesse de la lumière dans le vide et dans l'air : c ≈ 300 000 km/s ; relation d = c × t.
- L'ombre portée est une preuve de la propagation rectiligne de la lumière.
- Éclipse de Soleil : la Lune au milieu. Éclipse de Lune : la Terre au milieu.
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