Ressources · 1ʳᵉ · Enseignement scientifique

Le rayonnement solaire

Fusion de l'hydrogène, E = mc², spectre du Soleil, loi de Wien, puissance reçue par la Terre, variations selon la latitude et les saisons (programme d'enseignement scientifique de 1re)

À propos de cette page

Ce QCM sur « Le rayonnement solaire » en première teste tes connaissances en enseignement scientifique de manière interactive. Les questions, classées par niveau (facile, moyen, difficile), respectent le programme officiel de première. Au programme : L'essentiel, La fusion de l'hydrogène et E = mc², Le spectre du Soleil et la loi de Wien, La puissance solaire reçue par la Terre. À chaque réponse, une explication détaillée t'aide à comprendre tes erreurs et à mémoriser l'essentiel. Idéal pour s'auto-évaluer rapidement, réviser avant un contrôle ou consolider ses acquis. Quiz gratuit conçu par un professeur particulier à Marseille pour progresser en enseignement scientifique en première.

Choisis ton niveau. Questions et réponses mélangées à chaque partie. Bonne chance !

Les 24 questions du QCM en version texte

Pour réviser sans écran ou imprimer : chaque question avec ses propositions ; la bonne réponse et son explication se déplient.

Niveau facile — 8 questions

Quelle réaction libère l'énergie rayonnée par le Soleil ?
- A. La fusion de noyaux d'hydrogène en hélium
- B. La combustion de l'hydrogène dans le dioxygène
- C. La fission de noyaux d'uranium en noyaux légers
- D. La désintégration radioactive du carbone 14
Réponse
A. La fusion de noyaux d'hydrogène en hélium — Au cœur du Soleil, des noyaux d'hydrogène fusionnent en hélium. Ce n'est ni une combustion (réaction chimique) ni une fission (cassure de noyaux lourds).
Dans la relation $E = Δ m \cdot c^{2}$ , la grandeur $c$ désigne :
- A. la capacité thermique de la matière solaire
- B. la vitesse de la lumière dans le vide
- C. la constante de Wien exprimée en m·K
- D. la vitesse du son dans le gaz solaire
Réponse
B. la vitesse de la lumière dans le vide — $c = 3, 00 \times 10^{8}$ m·s⁻¹ est la vitesse de la lumière dans le vide ; son carré relie la masse perdue à l'énergie libérée.
Le spectre émis par la surface d'une étoile, modélisé par un corps noir, dépend :
- A. de sa seule composition chimique
- B. de sa seule distance à la Terre
- C. de sa seule température de surface
- D. de sa masse et de son âge seulement
Réponse
C. de sa seule température de surface — Pour un corps noir, l'allure du spectre et la position du maximum ne dépendent que de la température de surface.
La loi de Wien s'écrit :
- A. $λ_{max} = 2, 898 \times 10^{- 3} \times T$
- B. $λ_{max} \times T^{2} = 2, 898 \times 10^{- 3}$ m·K²
- C. $λ_{max} + T = 2, 898 \times 10^{- 3}$ m·K
- D. $λ_{max} \times T = 2, 898 \times 10^{- 3}$ m·K
Réponse
D. $λ_{max} \times T = 2, 898 \times 10^{- 3}$ m·K — Le produit $λ_{max} \times T$ est constant : la longueur d'onde du maximum est inversement proportionnelle à la température.
Dans la loi de Wien, la température doit être exprimée en :
- A. degrés Celsius
- B. kelvins
- C. degrés Fahrenheit
- D. joules par seconde
Réponse
B. kelvins — La loi de Wien utilise la température absolue, en kelvins : $T = θ + 273, 15$ .
La puissance solaire reçue par une surface plane est proportionnelle :
- A. à l'aire de cette surface
- B. au carré de l'aire de la surface
- C. à la masse du matériau éclairé
- D. à la couleur de la surface seule
Réponse
A. à l'aire de cette surface — $P = P_{s} \times S \times \cos θ$ : à éclairement égal, une surface deux fois plus grande reçoit deux fois plus de puissance.
Quelle source d'énergie n'a pas pour origine le rayonnement solaire ?
- A. L'énergie éolienne
- B. Le pétrole
- C. L'énergie hydraulique
- D. La géothermie
Réponse
D. La géothermie — La géothermie exploite la chaleur interne de la Terre. Le vent, le cycle de l'eau et le pétrole (biomasse ancienne) dérivent du rayonnement solaire.
Les saisons s'expliquent principalement par :
- A. la variation de la distance Terre-Soleil
- B. la variation de la puissance du Soleil
- C. l'inclinaison de l'axe de la Terre
- D. la rotation de la Terre sur elle-même
Réponse
C. l'inclinaison de l'axe de la Terre — L'axe de rotation, incliné de 23,4°, garde une direction fixe : la hauteur du Soleil et la durée du jour varient au cours de l'année. La rotation sur elle-même explique l'alternance jour-nuit.

Niveau moyen — 8 questions

Une étoile a une longueur d'onde d'émission maximale de 380 nm. Sa température de surface vaut environ :
- A. 2 900 K
- B. 3 800 K
- C. 7 600 K
- D. 13 000 K
Réponse
C. 7 600 K — $T = \frac{2, 898 \times 10^{- 3}}{380 \times 10^{- 9}} \approx 7, 6 \times 10^{3}$ K.
La surface d'une étoile est à 3 900 K. Son maximum d'émission se situe vers :
- A. 743 nm
- B. 1,13 µm
- C. 391 nm
- D. 7,4 mm
Réponse
A. 743 nm — $λ_{max} = \frac{2, 898 \times 10^{- 3}}{3 900} \approx 7, 43 \times 10^{- 7}$ m, soit 743 nm (rouge).
Une étoile rayonne une puissance de $1, 2 \times 10^{27}$ W. La masse qu'elle perd chaque seconde vaut environ :
- A. $1, 1 \times 10^{44}$ kg
- B. $4, 0 \times 10^{18}$ kg
- C. $7, 5 \times 10^{- 11}$ kg
- D. $1, 3 \times 10^{10}$ kg
Réponse
D. $1, 3 \times 10^{10}$ kg — $Δ m = \frac{1, 2 \times 10^{27}}{(3, 00 \times 10^{8})^{2}} \approx 1, 3 \times 10^{10}$ kg. Les autres résultats multiplient par $c^{2}$ , divisent par $c$ seulement ou inversent le rapport.
Un panneau de 2,0 m² reçoit 800 W·m⁻² sous incidence normale. Si l'angle entre sa normale et les rayons vaut 45°, il reçoit :
- A. 1 600 W
- B. 1,1 kW
- C. 566 W
- D. 72 kW
Réponse
B. 1,1 kW — $P = 800 \times 2, 0 \times \cos 45 ° \approx 1 600 \times 0, 707 \approx 1, 1 \times 10^{3}$ W. 566 W correspond à l'oubli de l'aire.
À l'équinoxe, à midi solaire, la hauteur du Soleil à la latitude 38° N vaut :
- A. 52°
- B. 38°
- C. 75,4°
- D. 28,6°
Réponse
A. 52° — Aux équinoxes, h = 90° − φ = 90° − 38° = 52°. Les valeurs 75,4° et 28,6° correspondent aux solstices.
À quelle distance du Soleil la puissance surfacique reçue serait-elle 4 fois plus faible qu'au niveau de la Terre ?
- A. À 4 fois la distance Terre-Soleil
- B. À 16 fois la distance Terre-Soleil
- C. À 2 fois la distance Terre-Soleil
- D. À 1,4 fois la distance Terre-Soleil
Réponse
C. À 2 fois la distance Terre-Soleil — $P_{s} = \frac{P}{4 π d^{2}}$ est inversement proportionnelle à $d^{2}$ : doubler la distance divise la puissance surfacique par $2^{2} = 4$ .
Un faisceau solaire de section 1,0 m² atteint un sol horizontal alors que le Soleil est à 30° au-dessus de l'horizon. L'aire du sol éclairée vaut :
- A. 0,50 m²
- B. 2,0 m²
- C. 1,2 m²
- D. 1,0 m²
Réponse
B. 2,0 m² — θ = 90° − 30° = 60° ; l'aire éclairée vaut $\frac{S_{0}}{\cos θ} = \frac{1, 0}{0, 5} = 2, 0$ m² : la même puissance s'étale sur une aire double.
Quelle énergie libère la conversion totale en énergie de 5,0 mg de matière ?
- A. $1, 5 \times 10^{3}$ J
- B. $4, 5 \times 10^{17}$ J
- C. $4, 5 \times 10^{14}$ J
- D. $4, 5 \times 10^{11}$ J
Réponse
D. $4, 5 \times 10^{11}$ J — 5,0 mg = $5, 0 \times 10^{- 6}$ kg ; $E = 5, 0 \times 10^{- 6} \times 9, 00 \times 10^{16} = 4, 5 \times 10^{11}$ J. Les autres réponses oublient la conversion en kg ou ne mettent pas $c$ au carré.

Niveau difficile — 8 questions

Le maximum d'émission du Soleil se situe dans le vert-bleu, pourtant il nous paraît blanc. Pourquoi ?
- A. Son atmosphère absorbe toute la lumière verte
- B. Il émet toutes les couleurs du visible
- C. Sa température varie trop vite pour l'œil
- D. L'œil humain n'est pas sensible au vert
Réponse
B. Il émet toutes les couleurs du visible — Le spectre est continu : le Soleil émet toutes les radiations visibles avec des intensités voisines, et leur superposition est perçue comme blanche. λmax repère seulement le maximum.
Un corps est à 27 °C. Quelle est sa longueur d'onde d'émission maximale ?
- A. $1, 1 \times 10^{- 4}$ m
- B. $8, 7 \times 10^{- 1}$ m
- C. $9, 7 \times 10^{- 9}$ m
- D. $9, 7 \times 10^{- 6}$ m
Réponse
D. $9, 7 \times 10^{- 6}$ m — T = 27 + 273 = 300 K, donc $λ_{max} = \frac{2, 898 \times 10^{- 3}}{300} \approx 9, 7 \times 10^{- 6}$ m (infrarouge). Utiliser 27 en kelvins donne $1, 1 \times 10^{- 4}$ m, erreur classique.
Une surface plane est éclairée avec un angle de 70° entre sa normale et les rayons. Par rapport à l'incidence normale, elle reçoit :
- A. environ 34 % de la puissance
- B. environ 94 % de la puissance
- C. environ 78 % de la puissance
- D. environ 66 % de la puissance
Réponse
A. environ 34 % de la puissance — $\cos 70 ° \approx 0, 34$ . La valeur 94 % correspond à $\sin 70 °$ : c'est la confusion entre l'angle avec la normale et l'angle avec la surface.
Au solstice de juin, à midi, le Soleil passe à la verticale (au zénith) :
- A. à l'équateur
- B. au cercle polaire arctique
- C. au tropique du Cancer
- D. au tropique du Capricorne
Réponse
C. au tropique du Cancer — h = 90° − φ + 23,4° = 90° pour φ = 23,4° N : c'est le tropique du Cancer. À l'équateur, le Soleil passe au zénith aux équinoxes.
Laquelle de ces affirmations sur la masse du Soleil est exacte ?
- A. Elle reste constante car l'énergie se conserve
- B. Elle augmente car l'hélium est plus lourd
- C. Elle diminue car le Soleil brûle son oxygène
- D. Elle diminue car de l'énergie est rayonnée
Réponse
D. Elle diminue car de l'énergie est rayonnée — L'énergie rayonnée correspond à une perte de masse $Δ m = \frac{E}{c^{2}}$ . Le Soleil ne brûle rien : il n'y a pas de combustion.
Deux étoiles ont des spectres de corps noir avec le même λmax. On peut en conclure qu'elles ont :
- A. la même puissance rayonnée totale
- B. la même température de surface
- C. le même rayon et la même masse
- D. la même distance à la Terre
Réponse
B. la même température de surface — La loi de Wien ne relie λmax qu'à la température de surface. La puissance totale dépend aussi de la taille de l'étoile.
Dans l'hémisphère nord, la Terre est au plus près du Soleil :
- A. fin juin, au moment du solstice
- B. fin mars, à l'équinoxe
- C. début janvier, en plein hiver
- D. fin septembre, à l'automne
Réponse
C. début janvier, en plein hiver — La Terre passe au plus près du Soleil début janvier : la preuve que les saisons ne viennent pas de la distance, mais de l'inclinaison de l'axe.
En un même lieu, pourquoi la puissance reçue par m² de sol est-elle plus faible au lever du Soleil qu'à midi ?
- A. Le faisceau s'étale sur une plus grande aire
- B. Le Soleil émet moins de puissance le matin
- C. La Terre est plus loin du Soleil le matin
- D. L'axe de la Terre est moins incliné le matin
Réponse
A. Le faisceau s'étale sur une plus grande aire — Le Soleil est bas : θ est proche de 90°, cos θ est faible et le même faisceau éclaire une grande surface. La traversée d'une plus grande épaisseur d'atmosphère renforce cet effet.

Bloqué sur ce chapitre ?

Moi c'est Ben, j'ai créé ce site pour aider le plus d'élèves possible, partout en France. Je peux aussi reprendre avec toi ce qui coince en cours particulier : en visio, ou à domicile si tu es à Marseille.

Réserver un 1^er cours → Voir les tarifs

Soutien scolaire à Marseille · Cours particuliers au lycée · Aide aux devoirs

Le rayonnement solaire

Facile

Moyen

Difficile

Résultat

Les 24 questions du QCM en version texte