Lycée · 2ⁿᵈᵉ · Physique-Chimie (2nde)
Lumière : propagation et vitesse
Ondes et signaux — vitesse de la lumière, milieux de propagation, retards lumineux (programme de 2nde générale)
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 — Nature et propriétés de la lumière
/ 4 pts- Quelle est la nature de la lumière ? Distingue-la des ondes mécaniques en un point essentiel. (2 pts)
- Énonce le principe de propagation rectiligne de la lumière et donne un phénomène quotidien qui l'illustre. (2 pts)
Exercice 2 — Vitesse et retard lumineux
/ 5 pts- La distance Terre-Mars est $d = 5{,}4 \times 10^{10}$ m. Calcule la durée du trajet de la lumière de la Terre à Mars (en secondes puis en minutes). (3 pts)
- On reçoit un signal radio d'une sonde spatiale avec un retard $\Delta t = 75$ min. Calcule la distance de la sonde à la Terre (en mètres). (2 pts)
Exercice 3 — Indice de réfraction
/ 5 pts- Donne la définition de l'indice de réfraction $n$ d'un milieu transparent et l'inégalité que vérifie toujours $n$. (2 pts)
- Le verre d'un aquarium a un indice $n = 1{,}52$. Calcule la vitesse de la lumière dans ce verre. (1,5 pt)
- Un faisceau lumineux parcourt $d = 0{,}60$ m dans ce même verre. Calcule la durée du trajet $\Delta t$. (1,5 pt)
Exercice 4 — Distances et années-lumière
/ 4 pts- Donne la définition d'une année-lumière et son ordre de grandeur en mètres. (2 pts)
- L'étoile Sirius est à environ 8,6 al de la Terre. Quand nous l'observons, nous voyons son état d'il y a combien d'années ? Justifie. (2 pts)
Exercice 5 — Problème de synthèse — Télescope spatial
/ 2 pts- Un télescope spatial observe une galaxie lointaine dont la lumière a mis $3{,}6 \times 10^9$ ans à nous parvenir. Calcule la distance de cette galaxie en années-lumière, puis en mètres ($1 \text{ al} \approx 9{,}46 \times 10^{15}$ m). (2 pts)
Corrigé détaillé — à n'ouvrir qu'après avoir rendu la copie
Exercice 1 — Nature et propriétés de la lumière
Corrigé :
1. La lumière est une onde électromagnétique (perturbation des champs électrique et magnétique). Contrairement aux ondes mécaniques (son, vagues), elle n'a pas besoin de milieu matériel pour se propager : elle peut se propager dans le vide. (1 pt nature + 1 pt distinction)
2. Principe : dans un milieu homogène et isotrope, la lumière se propage en ligne droite. Illustration : la formation d'une ombre à bords nets derrière un obstacle (ou le fait que l'on ne voit pas derrière un mur). (1 pt principe + 1 pt illustration)
Exercice 2 — Vitesse et retard lumineux
Corrigé :
1. $\Delta t = \dfrac{d}{c} = \dfrac{5{,}4 \times 10^{10}}{3{,}00 \times 10^8} = 180$ s $= 3{,}0$ min.
La lumière met 180 s soit 3 minutes pour aller de la Terre à Mars. (1 pt formule, 1 pt calcul, 1 pt conversion)
2. $\Delta t = 75 \text{ min} = 75 \times 60 = 4500$ s.
$d = c \times \Delta t = 3{,}00 \times 10^8 \times 4500 = 1{,}35 \times 10^{12}$ m. (1 pt conversion unités, 1 pt calcul)
Exercice 3 — Indice de réfraction
Corrigé :
1. $n = \dfrac{c}{v}$ où $c$ est la vitesse dans le vide et $v$ la vitesse dans le milieu. On a toujours $n \geq 1$ (car $v \leq c$). (1 pt définition, 1 pt inégalité)
2. $v = \dfrac{c}{n} = \dfrac{3{,}00 \times 10^8}{1{,}52} \approx 1{,}97 \times 10^8$ m/s. (1,5 pt)
3. $\Delta t = \dfrac{d}{v} = \dfrac{0{,}60}{1{,}97 \times 10^8} \approx 3{,}0 \times 10^{-9}$ s $= 3{,}0$ ns. (1,5 pt)
Exercice 4 — Distances et années-lumière
Corrigé :
1. Une année-lumière est la distance parcourue par la lumière dans le vide en une année. $1 \text{ al} \approx 9{,}46 \times 10^{15}$ m. (1 pt définition correcte « distance », 1 pt valeur)
2. La lumière met 8,6 ans pour parcourir 8,6 al. Donc quand nous observons Sirius, nous voyons son état tel qu'il était il y a 8,6 ans. Justification : la lumière voyage à vitesse finie c, et a mis 8,6 ans pour nous parvenir. (1 pt réponse, 1 pt justification)
Exercice 5 — Problème de synthèse — Télescope spatial
Corrigé :
La lumière a mis $3{,}6 \times 10^9$ ans : la galaxie est donc à $3{,}6 \times 10^9$ années-lumière.
En mètres : $d = 3{,}6 \times 10^9 \times 9{,}46 \times 10^{15} \approx 3{,}4 \times 10^{25}$ m.
(1 pt distance en al, 1 pt conversion en mètres)
Ce contrôle de physique-chimie (2nde) 2ⁿᵈᵉ en bref
Un devoir surveillé type contrôle en classe sur « Lumière : propagation et vitesse » : 5 exercices, 60 minutes, noté sur 20. Le corrigé détaillé est dépliable sous le sujet.
- Exercice 1 — Nature et propriétés de la lumière/ 4 pts
- Exercice 2 — Vitesse et retard lumineux/ 5 pts
- Exercice 3 — Indice de réfraction/ 5 pts
- Exercice 4 — Distances et années-lumière/ 4 pts
- Exercice 5 — Problème de synthèse — Télescope spatial/ 2 pts
Notions évaluées
La lumière : une onde électromagnétique, Milieux de propagation, La vitesse de la lumière, Retard lumineux et durée de trajet, Distances astronomiques et année-lumière, Indice de réfraction et vitesse dans un milieu.
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.
Voir tous les contrôles de physique-chimie (2nde) 2ⁿᵈᵉ · tous les devoirs surveillés corrigés
Questions fréquentes sur ce sujet
- Combien de temps dure ce contrôle sur « Lumière : propagation et vitesse » ?
- 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 « Lumière : propagation et vitesse » du programme officiel de physique-chimie (2nde) en seconde, soit La lumière : une onde électromagnétique, Milieux de propagation, La vitesse de la lumière, Retard lumineux et durée de trajet.
Cours particuliers de physique-chimie (2nde) à Marseille, en présentiel ou à distance — un prof qui s'adapte à ton rythme et reprend ce qui coince.
Prof de physique-chimie à Marseille · Cours particuliers au lycée · Aide aux devoirs