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Bac S Nouvelle Calédonie (remplacement) mars 2017 CORRECTION ©
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EXERCICE I - DES ÉLECTRONS POUR VOIR LE MONDE (5 points) 1. Observation avec un microscope optique
D'après le texte introductif : « Avec un microscope optique fonctionnant
avec la lumière visible, on considère généralement que l'on peut distinguer
deux points A et B si la distance qui les sépare est supérieure à la moitié
de la longueur d'onde du rayonnement incident. »
Pour la lumière visible, 400 nm ? ? ? 800 nm (environ).
On en déduit quel le PPD (Plus Petit Détail) est tel que 200 nm ? PPD?
400 nm Soit un ordre de grandeur de 100 nm = 10-7 m pour un microscope optique
fonctionnant dans le visible. 2. Observation des bactéries à l'aide d'un MEB
2.1. Pour montrer que le poids de l'électron est bien négligeable devant la
force électrique qu'il subit, exprimons puis calculons le rapport [pic] :
[pic]
[pic]
[pic], ainsi [pic] donc le poids de l'électron est bien négligeable devant
la force électrique qu'il subit. 2.2. Le texte introductif mentionne le phénomène de diffraction du faisceau
d'électrons pour un MEB ce qui permet d'illustrer le comportement
ondulatoire des électrons. 2.3. D'après la relation de de Broglie [pic] ainsi [pic]
Comme p = m.v alors [pic] (1) Or [pic] ( [pic] que l'on injecte dans (1) : [pic] 2.4. D'après le texte introductif, pour un MEB, le PPD « doit être
supérieur à environ 50 fois la longueur d'onde de de Broglie associée au
faisceau d'électrons. »
Calculons donc [pic] : [pic]
[pic]
soit un ordre de grandeur de 10-9 m soit 1 nm pour le PPD d'un MEB contre
100 nm pour un microscope optique.
Le MEB permet donc d'observer des détails environ 100 fois plus petits
qu'un microscope optique.
2.5. Au vu de l'échelle de la photo, un microscope optique (PPD d'environ
100 nm d'après la question 1.) permet d'observer une bactérie mais pas les
détails à la surface qui sont plutôt de l'ordre de 10 nm.
Par contre le PPD d'un MEB (1 nm) est suffisamment faible pour pouvoir
observer ces détails. 2.6. Pour améliorer le pouvoir de résolution du MEB, il faut diminuer le
PPD donc diminuer la longueur d'onde de matière du faisceau d'électrons
[pic]. Pour cela, il faut augmenter l'énergie cinétique (ou la vitesse) des
électrons en augmentant la valeur du champ électrique E permettant
l'accélération des électrons. Compétences exigibles ou attendues : En noir : officiel (Au B.O.)
En italique : officieux (au regard des sujets de bac depuis 2013) Connaître les limites dans le vide du domaine visible (1èreS) Évaluer des ordres de grandeurs relatifs aux domaines microscopique et
macroscopique. Connaitre et exploiter les relations vectorielles [pic]et [pic](1èreS). Savoir que le phénomène de diffraction est caractéristique des ondes. Connaître et utiliser la relation de De Broglie : [pic] Extraire et exploiter des informations sur un dispositif expérimental
permettant de visualiser les atomes et les molécules. Faire des propositions pour améliorer la démarche.