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Physique-Chimie (2nde) · Classe de 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
Cette évaluation sur « Lumière : propagation et vitesse » en seconde permet de faire le point sur ses connaissances en physique-chimie (2nde), comme lors d'un véritable contrôle. Elle suit le programme officiel de seconde et propose plusieurs exercices notés sur 20, avec un corrigé détaillé. Au programme : La lumière : une onde électromagnétique, Milieux de propagation, La vitesse de la lumière, Retard lumineux et durée de trajet. Travaille seul, chronomètre-toi, puis compare tes réponses au corrigé pour identifier les points à revoir. Parfait pour mesurer ses progrès et réviser efficacement. Évaluation gratuite conçue par un professeur particulier à Marseille pour aider les élèves de seconde en physique-chimie (2nde).
Évaluation finale · Niveau difficile · Durée 60 min · Noté sur 20
60:00

Évaluation complète 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
  1. Quelle est la nature de la lumière ? Distingue-la des ondes mécaniques en un point essentiel. (2 pts)
  2. 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
  1. 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)
  2. 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
  1. Donne la définition de l'indice de réfraction $n$ d'un milieu transparent et l'inégalité que vérifie toujours $n$. (2 pts)
  2. Le verre d'un aquarium a un indice $n = 1{,}52$. Calcule la vitesse de la lumière dans ce verre. (1,5 pt)
  3. 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
  1. Donne la définition d'une année-lumière et son ordre de grandeur en mètres. (2 pts)
  2. 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
  1. 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

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)

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