Lycée · 2ⁿᵈᵉ · Physique-Chimie (2nde)
Signaux lumineux et spectres
Dispersion de la lumière, spectres d'émission et d'absorption — 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 — Dispersion et spectre visible
/ 4 pts- Un faisceau de lumière blanche traverse un prisme en verre. On observe un spectre sur un écran. Nommez ce phénomène. (1 pt)
- Donnez l'ordre des couleurs observées sur l'écran, de la plus déviée à la moins déviée. (1 pt)
- Indiquez, pour chacune des longueurs d'onde suivantes, la couleur correspondante : 420 nm ; 550 nm ; 680 nm. (1,5 pt)
- Pourquoi les différentes couleurs sont-elles déviées d'angles différents ? (0,5 pt)
Exercice 2 — Spectres d'émission et d'absorption
/ 5 pts- Décrivez l'aspect d'un spectre d'émission de raies et celui d'un spectre d'absorption. (2 pts)
- Une lampe à vapeur de sodium émet deux raies jaunes à 589,0 nm et 589,6 nm. Quel type de spectre est-ce ? (1 pt)
- Si on place un gaz de sodium froid entre une source de lumière blanche et le spectroscope, décrivez le spectre obtenu et expliquez pourquoi. (2 pts)
Exercice 3 — Calculs de longueur d'onde et fréquence
/ 5 pts- Calculez la fréquence $f$ d'une radiation de longueur d'onde $\lambda = 486\,\text{nm}$ dans le vide. Donnée : $c = 3{,}0 \times 10^8\,\text{m/s}$. (2 pts)
- De quelle couleur est cette radiation ? (0,5 pt)
- Cette radiation traverse de l'eau d'indice $n = 1{,}33$. Calculez sa longueur d'onde dans l'eau. (1,5 pt)
- La fréquence change-t-elle lors du passage dans l'eau ? Justifiez. (1 pt)
Exercice 4 — Identification d'éléments par spectroscopie
/ 4 pts- Un chercheur analyse le spectre d'un gaz inconnu et observe des raies sombres à 397, 410, 434, 486 et 656 nm dans un spectre continu. De quel type de spectre s'agit-il ? (1 pt)
- En consultant un tableau de référence, il constate que ces longueurs d'onde correspondent aux raies d'émission de l'hydrogène. Quelle conclusion tire-t-il ? (1 pt)
- Expliquez, en une à deux phrases, le principe de la spectroscopie d'absorption pour identifier un élément. (2 pts)
Exercice 5 — Application : composition du Soleil
/ 2 pts- Le spectre solaire présente des centaines de raies sombres, dont une à 589 nm. Quel élément chimique cette raie révèle-t-elle ? (1 pt)
- Expliquez en deux phrases comment les astronomes utilisent la spectroscopie pour déterminer la composition des étoiles sans jamais les atteindre. (1 pt)
Corrigé détaillé — à n'ouvrir qu'après avoir rendu la copie
Exercice 1 — Dispersion et spectre visible
Corrigé :
1. Ce phénomène est la dispersion de la lumière blanche.
2. Ordre du plus au moins dévié : Violet – Indigo – Bleu – Vert – Jaune – Orangé – Rouge.
3. 420 nm → Violet ; 550 nm → Vert ; 680 nm → Rouge.
4. Les différentes couleurs ont des indices de réfraction différents dans le verre (le verre est dispersif), ce qui entraîne des déviations différentes.
Exercice 2 — Spectres d'émission et d'absorption
Corrigé :
1. Spectre d'émission de raies : raies colorées brillantes sur fond entièrement noir, à des longueurs d'onde précises. Spectre d'absorption : spectre continu (arc-en-ciel) présentant des raies sombres (noires) à des longueurs d'onde précises.
2. C'est un spectre d'émission de raies (raies sur fond noir).
3. On obtient un spectre d'absorption : spectre continu avec des raies sombres à 589,0 nm et 589,6 nm. Le gaz de sodium absorbe exactement les longueurs d'onde qu'il émettrait en étant chauffé (mêmes transitions électroniques).
Exercice 3 — Calculs de longueur d'onde et fréquence
Corrigé :
1. $f = c/\lambda = 3{,}0 \times 10^8 / (486 \times 10^{-9}) = 6{,}17 \times 10^{14}\,\text{Hz}$.
2. 486 nm est dans le bleu (440–490 nm).
3. $\lambda_{eau} = \lambda_0 / n = 486 / 1{,}33 \approx 365\,\text{nm}$.
4. La fréquence ne change pas lors du passage dans un autre milieu. Seule la longueur d'onde change (la vitesse diminue proportionnellement à $n$).
Exercice 4 — Identification d'éléments par spectroscopie
Corrigé :
1. Il s'agit d'un spectre d'absorption (spectre continu avec raies sombres).
2. Le chercheur conclut que le gaz inconnu contient de l'hydrogène : ce gaz absorbe la lumière exactement aux longueurs d'onde caractéristiques de l'hydrogène.
3. En spectroscopie d'absorption, on fait passer une lumière blanche à travers le gaz à analyser. Le gaz absorbe certaines longueurs d'onde précises (les siennes). En comparant les longueurs d'onde des raies sombres obtenues avec les spectres de référence des éléments connus, on identifie les espèces chimiques présentes.
Exercice 5 — Application : composition du Soleil
Corrigé :
1. La raie à 589 nm révèle la présence de sodium (Na) dans l'atmosphère solaire.
2. La lumière émise par le cœur de l'étoile (spectre continu) traverse les couches gazeuses plus froides de son atmosphère. Ces gaz absorbent certaines longueurs d'onde caractéristiques des éléments qu'ils contiennent, créant des raies sombres dans le spectre reçu sur Terre. En comparant ces raies aux spectres de référence, les astronomes identifient les éléments chimiques présents.
Ce contrôle de physique-chimie (2nde) 2ⁿᵈᵉ en bref
Un devoir surveillé type contrôle en classe sur « Signaux lumineux et spectres » : 5 exercices, 60 minutes, noté sur 20. Le corrigé détaillé est dépliable sous le sujet.
- Exercice 1 — Dispersion et spectre visible/ 4 pts
- Exercice 2 — Spectres d'émission et d'absorption/ 5 pts
- Exercice 3 — Calculs de longueur d'onde et fréquence/ 5 pts
- Exercice 4 — Identification d'éléments par spectroscopie/ 4 pts
- Exercice 5 — Application : composition du Soleil/ 2 pts
Notions évaluées
La lumière blanche et sa nature, Dispersion de la lumière par un prisme, Longueur d'onde et couleur, Les sources lumineuses et leurs spectres, Spectre d'émission : continu et de raies, Spectre d'absorption.
Pour préparer ce contrôle
- Relire le cours.
- Refaire les exercices corrigés et les problèmes.
- Se tester avec le QCM (36 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 « Signaux lumineux et spectres » ?
- 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 « Signaux lumineux et spectres » du programme officiel de physique-chimie (2nde) en seconde, soit La lumière blanche et sa nature, Dispersion de la lumière par un prisme, Longueur d'onde et couleur, Les sources lumineuses et leurs spectres.
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