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Physique 4ᵉ

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Lumière : vitesse de propagation et année-lumière

Rappels de 6e et de 5e (sources, propagation rectiligne, lumière et son dans le vide) ; la lumière, une onde électromagnétique ; vitesse de la lumière dans le vide, l’eau et le verre, comparée à celle du son ; calculer une durée ou une distance, mesures par aller-retour ; l’année-lumière ; regarder loin, c’est regarder dans le passé

À propos de cette page
Trente-six questions à choix multiples : le vocabulaire et les valeurs au niveau facile (vide, onde électromagnétique, année-lumière), des calculs directs de durée et de distance en notation scientifique au niveau moyen, et les pièges d’unités, d’aller-retour et d’images du passé au niveau difficile.

Les 36 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 ★ — 12 questions

  1. Pourquoi le son ne traverse-t-il pas le vide ?

    • A. il a besoin de matière pour se propager
    • B. il va beaucoup trop lentement pour cela
    • C. la lumière l’empêche de se propager
    • D. il est arrêté par le froid de l’espace
    Réponse

    A. il a besoin de matière pour se propager — Le son est une vibration de la matière : sans matière, rien ne la transmet.

  2. Dans le vide, la vitesse de la lumière vaut environ…

    • A. 3 × 10⁵ m/s
    • B. 3 × 10⁸ m/s
    • C. 3 × 10⁶ m/s
    • D. 3 × 10¹⁰ m/s
    Réponse

    B. 3 × 10⁸ m/s — 300 000 km/s = 300 000 000 m/s = 3 × 10⁸ m/s.

  3. L’année-lumière sert surtout à exprimer…

    • A. la durée des voyages dans l’espace
    • B. la vitesse de déplacement des étoiles
    • C. les distances entre les étoiles
    • D. l’âge des étoiles
    Réponse

    C. les distances entre les étoiles — C’est une unité de distance, adaptée aux distances énormes de l’Univers.

  4. Le signal envoyé par un satellite GPS est…

    • A. une onde sonore
    • B. un courant électrique
    • C. une vibration de l’air
    • D. une onde électromagnétique
    Réponse

    D. une onde électromagnétique — Le GPS utilise des ondes radio, de la même famille que la lumière.

  5. Dans lequel de ces milieux la lumière va-t-elle le moins vite ?

    • A. le verre
    • B. le vide
    • C. l’air
    • D. l’eau
    Réponse

    A. le verre — Environ 200 000 km/s dans le verre, 225 000 km/s dans l’eau, près de 300 000 km/s dans l’air et le vide.

  6. Pour calculer la durée du trajet de la lumière, on utilise…

    • A. t = c ÷ d
    • B. t = d ÷ c
    • C. t = d × c
    • D. t = c − d
    Réponse

    B. t = d ÷ c — De d = c × t, on tire t = d ÷ c.

  7. Un télémètre laser mesure une distance grâce…

    • A. au bruit que fait le laser
    • B. à la chaleur du faisceau
    • C. à l’aller-retour de la lumière
    • D. à la couleur du point lumineux
    Réponse

    C. à l’aller-retour de la lumière — Il mesure la durée de l’aller-retour de l’éclair et en déduit la distance.

  8. Quand on observe une galaxie très lointaine, on voit…

    • A. son image d’aujourd’hui
    • B. son image dans quelques années
    • C. aucune image : sa lumière n’arrive jamais jusqu’ici
    • D. une image partie il y a très longtemps
    Réponse

    D. une image partie il y a très longtemps — Sa lumière a voyagé des millions d’années : on la voit telle qu’elle était.

  9. Avant d’utiliser c = 3 × 10⁸ m/s, une distance de 42 km s’écrit…

    • A. 42 000 m
    • B. 4,2 m
    • C. 4 200 000 m
    • D. 0,042 m
    Réponse

    A. 42 000 m — 1 km = 1 000 m : 42 × 1 000 = 42 000 m.

  10. Pour comparer la vitesse du son (340 m/s) et celle de la lumière (300 000 km/s), on doit d’abord…

    • A. comparer 340 et 300 000
    • B. les écrire dans la même unité
    • C. les additionner toutes les deux
    • D. diviser 340 par 300 000
    Réponse

    B. les écrire dans la même unité — Les unités sont différentes : 300 000 km/s = 300 000 000 m/s, à comparer avec 340 m/s.

  11. La plus grande vitesse possible est celle…

    • A. du son dans l’acier
    • B. de la lumière dans le verre
    • C. de la lumière dans le vide
    • D. des sondes spatiales
    Réponse

    C. de la lumière dans le vide — Rien ne va plus vite que la lumière dans le vide.

  12. Une onde électromagnétique transporte…

    • A. de la matière seule
    • B. des particules d’air
    • C. de l’eau en vapeur
    • D. de l’énergie, sans matière
    Réponse

    D. de l’énergie, sans matière — Une onde transporte de l’énergie et de l’information, pas de matière.

Niveau moyen ★★ — 12 questions

  1. En 4 s, la lumière parcourt dans le vide…

    • A. 1,2 × 10⁶ m
    • B. 1,2 × 10⁹ m
    • C. 7,5 × 10⁷ m
    • D. 1,2 × 10⁸ m
    Réponse

    B. 1,2 × 10⁹ m — d = 3 × 10⁸ × 4 = 12 × 10⁸ = 1,2 × 10⁹ m.

  2. La lumière d’une comète met 2 000 s pour nous parvenir. La comète est à…

    • A. 6 × 10⁸ m
    • B. 1,5 × 10⁵ m
    • C. 6 × 10¹¹ m
    • D. 6 × 10¹⁴ m
    Réponse

    C. 6 × 10¹¹ m — d = 3 × 10⁸ × 2 000 = 6 × 10¹¹ m.

  3. Une étoile à 10 a.l. est à environ…

    • A. 9,46 × 10¹² km
    • B. 9,46 × 10¹¹ km
    • C. 3 × 10⁶ km
    • D. 9,46 × 10¹³ km
    Réponse

    D. 9,46 × 10¹³ km — 10 × 9,46 × 10¹² = 9,46 × 10¹³ km.

  4. Un éclair laser parcourt 2,4 × 10⁷ m dans le vide. Il met…

    • A. 0,08 s
    • B. 0,8 s
    • C. 8 s
    • D. 0,008 s
    Réponse

    A. 0,08 s — t = 2,4 × 10⁷ ÷ (3 × 10⁸) = 0,08 s.

  5. Le lidar d’un robot reçoit l’écho 6 × 10⁻⁸ s après l’émission. L’obstacle est à…

    • A. 18 m
    • B. 9 m
    • C. 4,5 m
    • D. 90 m
    Réponse

    B. 9 m — Trajet : 3 × 10⁸ × 6 × 10⁻⁸ = 18 m ; distance : 18 ÷ 2 = 9 m.

  6. Pour traverser 450 km de vide, la lumière met…

    • A. 0,15 s
    • B. 1,5 s
    • C. 1,5 ms
    • D. 15 ms
    Réponse

    C. 1,5 ms — t = 450 ÷ 300 000 = 0,0015 s = 1,5 ms.

  7. Un son met 2,4 s pour parcourir 816 m. Sur la même distance, la lumière met environ…

    • A. 2,4 s
    • B. 2,7 × 10⁻³ s
    • C. 2,4 × 10⁻⁶ s
    • D. 2,7 × 10⁻⁶ s
    Réponse

    D. 2,7 × 10⁻⁶ s — t = 816 ÷ (3 × 10⁸) ≈ 2,7 × 10⁻⁶ s : quelques millionièmes de seconde.

  8. Un ordre met 20 min pour atteindre une sonde. La sonde est à…

    • A. 3,6 × 10⁸ km
    • B. 3,6 × 10¹¹ km
    • C. 6 × 10⁶ km
    • D. 3,6 × 10⁵ km
    Réponse

    A. 3,6 × 10⁸ km — t = 1 200 s ; d = 300 000 × 1 200 = 360 000 000 km = 3,6 × 10⁸ km.

  9. La lumière met combien de temps à traverser la Voie lactée, large de 100 000 a.l. ?

    • A. 100 000 s
    • B. 100 000 ans
    • C. 1 million d’années
    • D. 10 000 ans
    Réponse

    B. 100 000 ans — Une année-lumière est parcourue en un an : 100 000 a.l. en 100 000 ans.

  10. Dans le verre (200 000 km/s), en 1 ms, la lumière parcourt…

    • A. 300 km
    • B. 2 000 km
    • C. 200 km
    • D. 20 km
    Réponse

    C. 200 km — d = 200 000 × 0,001 = 200 km.

  11. Un astre est à 9,46 × 10¹⁴ km. Il est à…

    • A. 10 a.l.
    • B. 1 000 a.l.
    • C. 1 a.l.
    • D. 100 a.l.
    Réponse

    D. 100 a.l. — 9,46 × 10¹⁴ ÷ (9,46 × 10¹²) = 10² = 100 a.l.

  12. Les ondes radio traversent un mur, la lumière non. Que peut-on dire de leurs vitesses dans le vide ?

    • A. elles sont égales : c pour les deux
    • B. les ondes radio vont plus vite
    • C. la lumière va beaucoup plus vite
    • D. les ondes radio y vont deux fois moins vite
    Réponse

    A. elles sont égales : c pour les deux — Traverser un matériau et aller vite sont deux choses différentes : dans le vide, toutes deux vont à c.

Niveau difficile ★★★ — 12 questions

  1. Un élève calcule la durée du trajet de la lumière depuis une planète à 4,5 × 10⁹ km : 4,5 × 10⁹ ÷ (3 × 10⁸) = 15 s. Son erreur ?

    • A. aucune, le calcul est juste
    • B. il fallait multiplier : 1,35 × 10¹⁸ s
    • C. il mélange km et m/s : c’est 15 000 s
    • D. il fallait diviser par 2 : 7,5 s
    Réponse

    C. il mélange km et m/s : c’est 15 000 s — 4,5 × 10⁹ km = 4,5 × 10¹² m ; t = 4,5 × 10¹² ÷ (3 × 10⁸) = 15 000 s.

  2. Un télémètre mesure 1,6 × 10⁻⁷ s entre l’émission et le retour. Un élève annonce 48 m. Son erreur ?

    • A. aucune, le mur est bien à 48 m
    • B. il fallait multiplier par 2 : c’est 96 m
    • C. il a mélangé les unités : 0,048 m
    • D. il n’a pas divisé par 2 : c’est 24 m
    Réponse

    D. il n’a pas divisé par 2 : c’est 24 m — 48 m est le trajet aller-retour ; le mur est à 48 ÷ 2 = 24 m.

  3. On voit ce soir une étoile située à 600 a.l. Est-on sûr qu’elle existe encore ?

    • A. non : on voit sa lumière d’il y a 600 ans
    • B. oui, puisqu’on la voit briller
    • C. oui, la lumière arrive instantanément
    • D. non, toutes les étoiles visibles sont mortes
    Réponse

    A. non : on voit sa lumière d’il y a 600 ans — Sa lumière a voyagé 600 ans : elle a pu changer depuis, sans qu’on le sache encore.

  4. La lumière passe de l’air dans l’eau d’un bassin, puis ressort dans l’air. Sa vitesse…

    • A. diminue pour toujours
    • B. diminue, puis remonte
    • C. augmente, puis diminue
    • D. reste la même partout
    Réponse

    B. diminue, puis remonte — Environ 225 000 km/s dans l’eau, puis de nouveau presque 300 000 km/s dans l’air.

  5. Pendant un défilé, Lina est à 238 m du tambour et Sam à 578 m. Par rapport à Lina, Sam entend le coup…

    • A. 1,7 s plus tard
    • B. au même instant
    • C. 1 s plus tard
    • D. 0,7 s plus tard
    Réponse

    C. 1 s plus tard — Lina : 238 ÷ 340 = 0,7 s ; Sam : 578 ÷ 340 = 1,7 s ; écart : 1 s.

  6. Pourquoi exprime-t-on les distances des étoiles en années-lumière plutôt qu’en km ?

    • A. l’année-lumière est une durée
    • B. les km n’existent pas dans l’espace
    • C. les étoiles se déplacent trop vite
    • D. les nombres en km seraient énormes
    Réponse

    D. les nombres en km seraient énormes — Une étoile à 60 a.l. est à environ 5,7 × 10¹⁴ km : l’année-lumière donne des nombres simples.

  7. Quelle durée est la plus proche du trajet de la lumière sur 1 km ?

    • A. 3,3 × 10⁻⁶ s
    • B. 3,3 × 10⁻³ s
    • C. 3,3 × 10⁻⁹ s
    • D. 3 × 10⁵ s
    Réponse

    A. 3,3 × 10⁻⁶ s — 1 km = 1 000 m ; t = 1 000 ÷ (3 × 10⁸) ≈ 3,3 × 10⁻⁶ s, quelques millionièmes de seconde.

  8. Un élève écrit : 1 a.l. = 3 × 10⁸ × 3,16 × 10⁷ ≈ 9,5 × 10¹⁵. Quelle unité doit suivre ce résultat ?

    • A. des km
    • B. des m
    • C. des secondes
    • D. des m/s
    Réponse

    B. des m — Des m/s multipliés par des secondes donnent des mètres : 9,5 × 10¹⁵ m.

  9. Un éclair laser traverse 3 km de vide, puis 3 km de verre. Dans le verre, la durée est…

    • A. 1,5 fois plus courte
    • B. exactement la même
    • C. 1,5 fois plus longue
    • D. 3 fois plus longue
    Réponse

    C. 1,5 fois plus longue — La lumière va 1,5 fois moins vite dans le verre (200 000 contre 300 000 km/s) : la durée est 1,5 fois plus longue.

  10. On observe en 2 026 deux étoiles, A à 40 a.l. et B à 4 000 a.l. Que peut-on dire ?

    • A. l’image de A est la plus ancienne des deux
    • B. les deux images datent de l’année 2 026
    • C. l’image de B est 100 ans plus ancienne
    • D. l’image de B est 3 960 ans plus ancienne
    Réponse

    D. l’image de B est 3 960 ans plus ancienne — Lumière de A partie il y a 40 ans, de B il y a 4 000 ans : écart de 3 960 ans.

  11. Une sonde à 30 minutes-lumière envoie une photo à 12 h. Un ordre renvoyé dès sa réception arrive à la sonde à…

    • A. 13 h
    • B. 12 h 30
    • C. 12 h 15
    • D. 14 h
    Réponse

    A. 13 h — La photo arrive à 12 h 30, l’ordre met encore 30 min : 13 h.

  12. Dans le vide, un signal Wi-Fi et la lumière d’un laser partent ensemble vers un récepteur à 1 km. Lequel arrive en premier ?

    • A. le Wi-Fi, plus pénétrant
    • B. aucun, ils arrivent ensemble
    • C. le laser, qui est visible
    • D. le Wi-Fi, invisible
    Réponse

    B. aucun, ils arrivent ensemble — Ce sont deux ondes électromagnétiques : même vitesse c dans le vide.

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