Exercice évalué par compétence - Sciences Physiques ac-orleans ...

|[pic] |La sonde Pioneer 10 en direction d'Aldébaran |
DESCRIPTIF DU SUJET |Objectif |Proposer un exercice évalué par compétences. |
|Niveau concerné |2nde - thème « L'Univers ». |
|Compétences |Propagation rectiligne de la lumière ; vitesse de la lumière |
|exigibles au |dans le vide et dans l'air. |
|B.O. |L'année de lumière. |
| |Utiliser les puissances de 10 dans l'évaluation des ordres de |
| |grandeur. |
| |Spectre de la lumière émise par une étoile : température de |
| |surface et entités chimiques présentes dans l'atmosphère de |
| |l'étoile. |
|Compétences |Cette épreuve permet d'évaluer les compétences de la démarche |
|évaluées et |scientifique : |
|coefficients | |
|respectifs |Connaître (RCO) ; coefficient 1 |
| |S'approprier (APP) ; coefficient 1 |
| |Analyser (ANA) ; coefficient 3,5 |
| |Réaliser (REA) ; coefficient 2,5 |
| |Valider (VAL) ; coefficient 1 |
|Mise en ?uvre |Cet exercice est une évaluation sommative sur 9 points mais il |
| |peut être aussi proposé en évaluation formative. |
|Auteur |Laurence DESVEAUX - Lycée Choiseul - Tours (37) |
ÉNONCÉ Ex n°1 : Voyage au-delà du Système solaire
(sur 9 pts.)
« Pioneer 10 est une sonde spatiale développée par la NASA dans le cadre
du programme Pioneer et lancée le 3 mars 1972 par une fusée Atlas-Centaur
D. Pioneer 10, comme la sonde jumelle Pioneer 11, avait pour mission de faire
une première reconnaissance des régions externes du système solaire qui
n'avaient jamais été explorées jusque-là. Pioneer 10 est ainsi le premier
engin spatial à avoir dépassé l'orbite de Mars, traversé la ceinture
d'astéroïdes (1972) et effectué un survol de Jupiter (1973). (...) En 1983 la sonde spatiale a franchi l'orbite de la dernière planète
du système solaire Neptune et s'éloigne depuis en direction de l'étoile
Aldébaran qu'elle atteindra dans 2 millions d'années. (...) La mission de la sonde arriva officiellement à son terme le 31 mars
1997 principalement pour des raisons budgétaires. Des contacts occasionnels
avec la sonde continuent néanmoins à se produire (...). Le dernier contact
avec la sonde, très faible, eut lieu le 22 janvier 2003. La tentative de
contact du 7 février 2003 est restée sans réponse, comme celle du 4 mars
2006. Lors de ces derniers contacts, la vitesse de Pioneer 10 était de plus
de 44 000 km/h et elle était distante de la Terre de plus de 12 milliards
de kilomètres. »
http://fr.wikipedia.org/wiki/Pio
neer_10
|Document 1 : Les ondes électromagnétiques |
| |
|Dans le vide, toutes les ondes électromagnétiques se propagent à la même |
|vitesse. |
|[pic] | |Document 2 : L'étoile Aldébaran |
| |
|Aldébaran est l'étoile la plus brillante de la constellation du Taureau. Située|
|à environ 65 années de lumière de la Terre (1 a.?. = 9,5 x 1015 m), elle est la|
|14e étoile la plus brillante du ciel nocturne. |
|Elle fait partie de la catégorie des « géantes rouges » et est de couleur |
|orange. | |Document 3 : La couleur des corps chauffés |
| |
|Un corps chaud et dense émet une lumière dont le spectre continu dépend de sa |
|température. |
|Plus la température de ce corps augmente, plus son spectre s'enrichit en |
|radiations de courtes longueurs d'onde. |
|La couleur perçue résulte de la synthèse additive de l'ensemble des lumières |
|colorées émises. |
|Document 4 : Le profil spectral d'une étoile associé au spectre de cette étoile|
| |
| |
|Le profil spectral d'une étoile représente l'intensité lumineuse des radiations|
|émises par l'étoile en fonction de leurs longueurs d'onde. L'allure générale de|
|cette courbe dépend de la température de surface de l'étoile. |
| |
| |
|Profil spectral de l'étoile Sirius Profil spectral|
|de l'étoile Aldébaran |
| |
|[pic] [pic] |
| |
|Document 5 : Longueurs d'ondes de quelques radiations caractéristiques |
|d'entités chimiques |
| |
|Hydrogène H |
|397 nm |
|410 nm |
|434 nm |
|486 nm |
|656 nm |
| |
|Hélium He |
|405 nm |
|414 nm |
|447 nm |
|502 nm |
|588 nm |
| |
|Oxyde de titane TiO |
|497 nm |
|522 nm |
|553 nm |
|621 nm |
|717 nm |
| | Questions : 1. Parmi les valeurs suivantes, exprimer celle qui correspond à la vitesse
de la lumière dans le vide c exprimée en unité du Système International.
RCO
|c = 300 000 km.s-1 | c = 3,00 x 108 | c = 3,00 x 105 | c = 3,00 x 10-8 |
| |m.s-1 |km.h-1 |m.s-1 |
2. Donner la définition d'une année de lumière. RCO
3. Quel est le domaine de longueurs d'onde des ondes radio ? APP
4. Identifier les correspondances entre le spectre d'absorption en lumière
visible d'Aldébaran et son profil spectral, présentés dans le document
4. APP
5. Quelle est l'entité chimique dont la présence est détectée dans
l'atmosphère de l'étoile Aldébaran par l'existence des raies numérotées
(, (, (, ( et ( ? Justifier votre réponse. ANA
6. De Sirius ou d'Aldébaran, déterminer l'étoile la plus froide. Argumenter
votre réponse. ANA
7. Si la sonde se déplaçait à la vitesse de la lumière depuis son lancement
en 1972, en quelle année se trouverait-elle à proximité d'Aldébaran ? ANA
8. A l'aide d'une analyse dimensionnelle, choisir la relation correcte
entre la vitesse de propagation de la lumière dans le vide [pic] et la
distance [pic] qu'elle parcourt pendant la durée [pic] de son parcours.
ANA
| [pic] | [pic] |[pic] |
9. Evaluer l'ordre de grandeur, en mètres, de la distance entre la Terre et
la sonde lors de ses derniers contacts. REA 10. Calculer, en secondes, la durée mise par les ondes radio envoyées
depuis la Terre pour parcourir la distance aller-retour de la Terre à la
sonde lors du dernier contact. REA
11. A l'aide du document