Lycée · 2ⁿᵈᵉ · Physique-Chimie (2nde)
Description de l'Univers : ordres de grandeur et échelles
Notations scientifiques, unités et échelles de l'infiniment grand à l'infiniment petit — programme de 2nde (lycée général)
À propos de cette page
Calculatrice interdite · Tous les calculs doivent figurer sur la copie. Les résultats seront donnés sous la forme la plus simple possible.
Devoir surveillé de fin de chapitre, tout en niveau difficile. Travaille seul et sans aide, puis vérifie tes réponses avec le corrigé détaillé dépliable en bas de page.
Exercice 1 — Notations scientifiques et puissances de 10
/ 4 pts- Écris les nombres suivants en notation scientifique : a) $0{,}000\,47$ b) $3\,800\,000$ c) $0{,}000\,000\,001\,6$
- Calcule, en donnant le résultat en notation scientifique : $(2{,}5 \times 10^4) \times (4 \times 10^{-2})$
- Effectue la division : $\dfrac{9{,}6 \times 10^7}{3{,}2 \times 10^3}$
Exercice 2 — Préfixes SI et conversions
/ 4 pts- Exprime chaque mesure en mètres, en notation scientifique :
a) $350\text{ nm}$ b) $12{,}5\text{ µm}$ c) $0{,}3\text{ Gm}$ - Convertis $2{,}4 \times 10^6\text{ µm}$ en mètres, puis en km.
- Complete le tableau :
Préfixe Symbole Puissance de 10 Giga $10^9$ n $10^{-9}$ femto
Exercice 3 — Distances astronomiques et vitesse de la lumière
/ 6 pts- La distance entre la Terre et Mars est $d = 7{,}83 \times 10^{10}$ m. Calcule le temps $t$ que met la lumière pour parcourir cette distance ($c = 3{,}00 \times 10^8$ m/s). Donne le résultat en secondes puis en minutes.
- En 2021, le rover Perseverance a atterri sur Mars. Un signal radio (ondes électromagnétiques, $c = 3 \times 10^8$ m/s) envoyé depuis la Terre arrivait avec quel délai (en minutes) ? Justifie.
- La galaxie d'Andromède est à $2{,}5 \times 10^6$ al de la Terre. a) Exprime cette distance en mètres. b) Quelle information déduit-on sur la lumière que l'on reçoit d'Andromède ?
Exercice 4 — Structure atomique et ordres de grandeur
/ 4 pts- L'atome de fer a un diamètre de $2{,}56 \times 10^{-10}$ m et son noyau a un diamètre de $1{,}2 \times 10^{-14}$ m. Calcule le rapport entre le diamètre de l'atome et celui de son noyau. Que conclure ?
- La masse d'un proton est $m_p = 1{,}67 \times 10^{-27}$ kg et celle d'un électron est $m_e = 9{,}11 \times 10^{-31}$ kg. Calcule le rapport $m_p / m_e$. Que conclure ?
Exercice 5 — Synthèse : de l'atome à l'Univers
/ 2 pts- Classe les objets suivants du plus petit au plus grand, en donnant leur taille approximative (en mètres, notation scientifique) : Noyau d'atome, Homme, Cellule, Étoile (soleil), Atome, Bactérie, Voie Lactée.
- Exprime ta propre taille (environ 1,70 m) en notation scientifique, puis calcule le rapport entre la taille de la Voie Lactée ($\approx 10^{21}$ m) et ta taille.
Corrigé détaillé — à n'ouvrir qu'après avoir rendu la copie
Exercice 1 — Notations scientifiques et puissances de 10
Corrigé :
a) $4{,}7 \times 10^{-4}$ — on déplace la virgule de 4 rangs vers la droite.
b) $3{,}8 \times 10^6$.
c) $1{,}6 \times 10^{-9}$.
Multiplication : $2{,}5 \times 4 = 10$ ; $10^4 \times 10^{-2} = 10^2$ → $10 \times 10^2 = 10^3 = 1 \times 10^3$.
Division : $9{,}6/3{,}2 = 3$ ; $10^7/10^3 = 10^4$ → $3 \times 10^4$.
Exercice 2 — Préfixes SI et conversions
Corrigé :
a) $350\text{ nm} = 350 \times 10^{-9}\text{ m} = 3{,}5 \times 10^{-7}\text{ m}$.
b) $12{,}5\text{ µm} = 12{,}5 \times 10^{-6}\text{ m} = 1{,}25 \times 10^{-5}\text{ m}$.
c) $0{,}3\text{ Gm} = 3 \times 10^{-1} \times 10^9\text{ m} = 3 \times 10^8\text{ m}$.
Conversion : $2{,}4 \times 10^6 \times 10^{-6}\text{ m} = 2{,}4$ m $= 2{,}4 \times 10^{-3}$ km.
Tableau : Giga → G ; nano → nano ; femto → f ; $10^{-15}$.
Exercice 3 — Distances astronomiques et vitesse de la lumière
Corrigé :
1. $t = d/c = (7{,}83 \times 10^{10}) / (3{,}00 \times 10^8) = 2{,}61 \times 10^2$ s = 261 s ≈ 4,35 min.
2. Le signal radio est une onde électromagnétique : il se propage aussi à $c$. Le délai est le même que pour la lumière : environ 4 min. La communication avec le rover est impossible en temps réel (aller-retour ≈ 8 min).
3a. $d = 2{,}5 \times 10^6 \times 9{,}46 \times 10^{15} = 2{,}365 \times 10^{22}$ m ≈ $2{,}4 \times 10^{22}$ m.
3b. La lumière met $2{,}5 \times 10^6$ ans pour arriver : on voit Andromède telle qu'elle était il y a 2,5 millions d'années. On reçoit une image du passé.
Exercice 4 — Structure atomique et ordres de grandeur
Corrigé :
1. $\frac{2{,}56 \times 10^{-10}}{1{,}2 \times 10^{-14}} = \frac{2{,}56}{1{,}2} \times 10^{-10+14} \approx 2{,}13 \times 10^4$. Le noyau est environ 20 000 fois plus petit que l'atome : l'atome est essentiellement vide.
2. $\frac{m_p}{m_e} = \frac{1{,}67 \times 10^{-27}}{9{,}11 \times 10^{-31}} \approx 1{,}83 \times 10^3 \approx 1836$. Le proton est environ 1836 fois plus massif que l'électron : la quasi-totalité de la masse atomique est dans le noyau.
Exercice 5 — Synthèse : de l'atome à l'Univers
Corrigé :
1. Classement : Noyau ($10^{-15}$ m) < Atome ($10^{-10}$ m) < Bactérie ($10^{-6}$ m) < Cellule ($10^{-5}$ m) < Homme ($10^0$ m) < Étoile/Soleil ($10^9$ m) < Voie Lactée ($10^{21}$ m).
2. $1{,}70\text{ m} \approx 1{,}70 \times 10^0$ m. Rapport : $\frac{10^{21}}{1{,}70} \approx 5{,}9 \times 10^{20}$ : la Voie Lactée est environ $6 \times 10^{20}$ fois plus grande qu'un être humain !
Ce contrôle de physique-chimie (2nde) 2ⁿᵈᵉ en bref
Un devoir surveillé type contrôle en classe sur « Description de l'Univers : ordres de grandeur et échelles » : 5 exercices, 60 minutes, noté sur 20. Le corrigé détaillé est dépliable sous le sujet.
- Exercice 1 — Notations scientifiques et puissances de 10/ 4 pts
- Exercice 2 — Préfixes SI et conversions/ 4 pts
- Exercice 3 — Distances astronomiques et vitesse de la lumière/ 6 pts
- Exercice 4 — Structure atomique et ordres de grandeur/ 4 pts
- Exercice 5 — Synthèse : de l'atome à l'Univers/ 2 pts
Notions évaluées
L'Univers et ses échelles : du cosmos à l'atome, La notation scientifique (puissances de 10), Les ordres de grandeur, Les unités de distance astronomique, Structure de la matière : atomes et molécules, Du macroscopique au microscopique : comparaisons et préfixes.
Pour préparer ce contrôle
- Relire le cours.
- Refaire les exercices corrigés et les problèmes.
- Se tester avec le QCM (37 questions).
- Faire ce sujet en conditions réelles — 60 min, sans le cours — puis se corriger et noter les points à revoir.
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Questions fréquentes sur ce sujet
- Combien de temps dure ce contrôle sur « Description de l'Univers : ordres de grandeur et échelles » ?
- 60 minutes pour 5 exercices notés sur 20. Prévois le double si tu enchaînes avec la correction.
- Le corrigé est-il fourni ?
- Oui : le corrigé détaillé se déplie sous le sujet, à n'ouvrir qu'après avoir rendu la copie.
- Ce sujet peut-il servir de DS, de contrôle ou d'interrogation ?
- Oui : c'est un devoir surveillé complet de 60 minutes. Pour une interrogation courte, garde un ou deux exercices ; pour un DS ou un contrôle de fin de chapitre, fais le sujet entier en temps limité.
- Ce sujet suit-il le programme de physique-chimie (2nde) de seconde ?
- Oui : il évalue uniquement les notions du chapitre « Description de l'Univers : ordres de grandeur et échelles » du programme officiel de physique-chimie (2nde) en seconde, soit L'Univers et ses échelles : du cosmos à l'atome, La notation scientifique (puissances de 10), Les ordres de grandeur, Les unités de distance astronomique.
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