Sujet du bac 2016 de physique-Chimie (enseignement obligatoire) — Antilles-Guyane (Série S) (Série S)

16PYSCOAG1 BACCALAURÉAT GÉNÉRAL SESSION 2016 PHYSIQUE-CHIMIE Série S Durée de l’épreuve : 3 heures 30 Coefficient : 6 L’usage de la calculatrice est autorisé Ce sujet ne nécessite pas de feuille de papier millimétré Le sujet comporte trois exercices présentés sur 14 pages numérotées de à , y compris celle-ci. Le candidat doit traiter les trois exercices qui sont indépendants les uns des autres. 16PYSCOAG1 EXERCICE I - LES RAYONS X, OUTIL D’INVESTIGATION (6 points) Les rayons X, découverts en 1895 par le physicien a llemand Wilhelm Röntgen, sont des rayonnements électromagnétiques utilisés principale ment en imagerie médicale (radiologie) et en cristallographie (étude des substances cristallines). L’objectif de cet exercice est d’étudier la production des rayons X et leur utilisation dans l’analyse de la structure des cristaux. 1. Accélération d’un faisceau d’électrons Les rayons X sont produits dans des dispositifs app elés tubes de Coolidge (W.D.COOLIDGE, physicien américain, 1873-1975). Dans ce dispositif, des électrons émis par un filam ent chauffé par effet Joule, sont accélérés sous l’effet d’un champ électrique uniforme E

. Ce champ est créé par une tension électrique U d’environ 100 kV. Les électrons se dirigent vers une cible de molybdè ne, métal de symbole Mo, avec laquelle ils interagissent pour produire les rayons X. Se déplaç ant à une vitesse très élevée, ces électrons peuvent acquérir une énergie cinétique suffisante p our perturber les couches électroniques internes des atomes de la cible. Ces atomes, dans u n état excité, vont alors émettre des rayons X en retournant à leur état fondamental. La figure 1 ci-dessous reprend de manière simplifiée le principe du tube de Coolidge. Figure 1 Données : • entre le filament et la cible, séparées d’une dist ance OA = L = 2 cm, règne un champ électrique uniforme 
 dont la valeur est donnée par la relation : E = U L; • célérité de la lumière dans le vide : c = 3,00 …