Extrait n°1 : 2002 Juin Métropole

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Annales Baccalauréat : Optique (1996/2003)

Physique Appliquée

Extrait n°1 : 2002 Juin Métropole La figure n°1 du document-réponse n°1 représente une lentille devant laquelle est placé un objet AB. 1) De quel type de lentille s’agit-il ? 2) a - Comment appelle-t-on la distance OF’ ? b - Sachant que la vergence de la lentille est de 10 dioptries, en déduire la distance OF ’. c - Construire : - le rayon émergent correspondant au rayon incident BO, - le rayon émergent correspondant à un rayon incident parallèle à l’axe optique et passant par le point B. DOCUMENT-RÉPONSE N°1 (à rendre avec la copie)

B

A

F

F’

O

Figure n°1 Extrait n°2 : 2001 Juin Métropole La diode laser du lecteur de CD-ROM émet un faisceau lumineux de longueur d’onde  = 1,06 m, liée à sa fréquence par la relation  = c / f . Dans cette formule  est exprimée en mètres et f en hertz. On donne : c = 3 x 108 m/s . 1) A quel domaine ce rayonnement appartient-il, sachant que : Infra-rouge

lumière visible

4 x 1014 Hz

ultra-violet 7,5x1014 Hz

fréquence f

2) Un rayon lumineux arrive sur une facette du CD-ROM avec un angle d’incidence de 30°. On désigne par I le point d’impact du rayon sur le disque. 2.a) La facette du CD-ROM se comporte comme un miroir plan. Représenter, sur la figure 3 du document réponse, le rayon incident et le rayon réfléchi en indiquant leurs directions et leurs sens. 2.b) En déduire la valeur de l’angle de réflexion.

CD-ROM

I

Figure 3

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Extrait n°3 : 2001 Juin Métropole remplacement Étude d’un projecteur Dans les concerts, on utilise des projecteurs afin de créer des effets lumineux : ces projecteurs émettent des faisceaux lumineux parallèles qui, grâce à un jeu de miroirs actionnés par des moteurs, peuvent éclairer les différents endroits de la scène. On se propose d’étudier le trajet suivi par un rayon lumineux. 1°) Afin d’obtenir un faisceau parallèle, on place une lentille convergente dont le schéma et les foyers sont représentés sur la figure n°3 du document-réponse. Représenter sur cette figure le rayon incident correspondant au rayon émergent de la lentille. 2°) Ce rayon émergent vient frapper un miroir plan. Mesurer l’angle d’incidence sur le schéma. 3°) Tracer sur la figure n°3 du document-réponse le rayon réfléchi par le miroir.

Foyer image F’

Foyer objet F

Lentille

FIGURE N°3 miroir

Rayon émergent

Extrait n°4 : 2000 Métropole Une seconde solution pour alimenter en électricité les sites isolés consiste à utiliser des panneaux solaires. Ces capteurs solaires constitués de cellules photovoltaïques transforment l'énergie solaire en énergie électrique. Le soleil émet des radiations électromagnétiques. L’œil ne perçoit que les radiations qui ont une longueur d'onde comprise entre 430.10-9m et 650.10-9m : c'est le domaine visible. a- Donner le nom des radiations dont les longueurs d'onde sont inférieures à celles du domaine visible ainsi que le nom des radiations dont les longueurs d'onde sont supérieures à celles du domaine visible b- Quel appareil permet de mesurer l'éclairement des cellules ? toutes les longueurs d'onde ne sont pas captées par le panneau solaire ; dans ce cas, les rayons du soleil se réfléchissent sur la surface plane du -capteur. Sur le document réponse, prolonger le rayon fléché pour indiquer son trajet après la réflexion. Faire apparaître la méthode de construction de ce rayon réfléchi.

D o cum en t rép on se Q u e s tion 2 c : con s tru ire le rayon ré f léch ip a r le p ann eau so la ire

R ayon in c id en t

P ann eau so la ire

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Extrait n°5 : 2000 Le tableau ci-dessous donne les longueurs d'onde de rayonnements électromagnétiques. L'une des cellules (1), (2), (3) correspond au domaine de la lumière visible. 111) Inscrire dans la case (4) l'unité utilisée pour la longueur d'onde  112) Inscrire dans les cellules (1) à (3) le type de radiation électromagnétique (visible, infrarouge ou ultraviolet) correspondant à l'ordre de grandeur de la longueur d'onde donnée dans la colonne. 113)

Quelle grandeur physique peut-on mesurer avec un luxmètre ? Quelle est son unité ?

Type de radiation (4)  en

(1)

(2)

(3)

10 000 >  > 800

750 > >430

400 > > 10

Extrait n°6 : 1999 La lumière visible a une couleur qui dépend de sa fréquence et de sa longueur d’onde. 1. Une vibration lumineuse de couleur jaune a une fréquence de 5.1014 Hz. Calculer sa longueur d’onde sachant que la célérité de la lumière est de 3.108 m/s. 2. Expliquer les termes : lumière infrarouge et lumière ultraviolette. 3. Citer l’unité d’éclairement. Extrait n°7 : 1999 Sur la figure 3 du document réponse, compléter la marche des rayons lumineux issus du point B . Figure 3

B

O

F'

F

Extrait n°8 : 1998 Métropole septembre Pour détecter la présence d’un objet, on utilise un capteur optique. L’appareil émet un faisceau lumineux qui se réfléchit sur la surface de l’objet à détecter comme sur un miroir. La lumière réfléchie est captée par le récepteur ( voir figure 4 du document réponse n°2 ). 2.A.La lumière est émise par une diode électroluminescente rouge. Parmi les longueurs d’onde suivantes, indiquer celle correspondant à la lumière rouge : 650 mm ; 650 m ; 650 nm ou 650 pm. On rappelle que : 1 nm =

10-9

m

1pm = 10-12 m

2.B.Calculer la distance focale de la lentille mince convergente sachant que la vergence est de 25 dioptries. 2.C.Compléter le trajet des deux rayons lumineux sur le document-réponse figure 4 (F et F’ sont les foyers de la lentille mince convergente du récepteur).

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FIGURE 4: question 2C

Récepteur

Emetteur

F' F

Rayons lumineux issus de l’émetteur

Lentille du récepteur

Objet détecté

Extrait n°9 : 1998 Métropole remplacement Le monte-charge précédent utilise une barrière optique infrarouge pour éviter les accidents. Sur la figure 4 (document-réponse n°1), compléter le trajet des deux rayons lumineux représentés. Ces rayons sont émis par la source à travers la lentille convergente L de distance focale OF et rencontrent ensuite les miroirs à 45° M1 et M2.

L M1

F

x

O

A

Source infrarouge ponctuelle

Lentille du récepteur

vers détecteur infrarouge

B

z

M2 y

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Extrait n°10 : Antilles Mexique 1°) Sur la figure n°6 de l'annexe 2, deux rayons verticaux et parallèles notés 1 et 2 tombent sur le miroir. Dessiner les rayons réfléchis notés 1’ et 2’. 2°) On veut envoyer les rayons réfléchis 1’ et 2’ à travers une lentille mince convergente pour les faire passer par son foyer image. Proposer une position possible pour la lentille en la dessinant sur l’annexe 2. Y a-t-il d’autres positions possibles ? ANNEXE 2 (à rendre avec la copie)

1

2

45°

Figure n°6

Extrait n°11 : 1997 Juin Métropole secours Sur le document réponse figure 4, compléter la marche des rayons lumineux traversant une lentille convergente.

0

F’

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F

Figure 4

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Extrait n°12 : 1997 On considère une lentille mince convergente de distance focale 5 cm. 1°) Calculer la vergence de cette lentille. 2°) Sur le schéma de la figure 3 du document-réponse, placer ses foyers objet et image. Un point B est situé à 7 cm du centre optique O, du côté du foyer objet et à 2 cm au dessus de l’axe optique. Tracer la marche de deux rayons lumineux partant de ce point B : a ) l’un parallèle à l’axe optique. b ) l’autre passant par le centre optique O.

FIGURE 3

B

O

Extrait n°13 : 1997 Un objet réel AB est placé à 20 cm en avant d'une lentille convergente L de distance focale égale à 10 cm (figure 4 du document-réponse n°2). 1- Calculer la vergence de la lentille en précisant le nom de l'unité. 2- Placer sur le document-réponse les foyers objet F et image F'. Comment appelle-t-on le point O , et la droite x'x ? 3- Tracer la marche d'un rayon lumineux partant de B et passant par O , puis celle d'un rayon lumineux partant de B et parallèle à la droite x'x.

lumière

B 0

X’

X

A

L Echelle : 1/5

Figure 4

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Extrait n°14 : 1996 Etranger 1) Sur le document réponse, fig 5, indiquer le domaine des longueurs d'ondes des radiations visibles. 2) Comment modifier : a) la forme d'un faisceau lumineux ? b) la direction d'un rayon lumineux ? Figure 5 longueurs d'ondes électromagnétiques

430

750 10-9 m

Extrait n°15 : 1996 Métropole septembre Une lentille mince convergente de vergence c = 3 dioptries reçoit un faisceau parallèle de lumière issue du soleil. Les rayons lumineux sont parallèles à l'axe de la lentille. II.1) Quelle est la distance focale de la lentille ? II.2) Par quel point passent tous les rayons de ce faisceau ? II.3) On recueille l'image du soleil sur un écran. Celui-ci s'échauffe. Pourquoi ?

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ELEMENTS DE REPONSE : Extrait n°6 : 1. = 0,6m. 2. lumière infrarouge : vibration de fréquence celle de la lumière violette 3. Unité d’éclairement : le lux Extrait n°8 : 2.A. longueur d’onde correspondant à la lumière rouge : 650 nm 2.B. distance focale de la lentille convergente de vergence 25 dioptries : f = 0,04m ou 4cm 2.C.

Récepteur

Emetteur

F' F

Rayons lumineux issus de l’émetteur

Objet détecté

Lentille du récepteur

Extrait n°9 :

L M1

F

x

O

A

Source infrarouge ponctuelle

vers détecteur infrarouge

B

z

M2 Figure 4

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Extrait n°10 : 1°) Les rayons réfléchis notés 1’ et 2’ sont horizontaux. 2°) La lentille est verticale.

Extrait n°11 :

0

F'

F

Figure 4

Extrait n°12 : 1°) V = 1/f = 20 dioptries 2°)

B F’

O F

Extrait n°13 : 1-V = 10 dioptrie 2-O est le centre optique de la lentille et x’x son axe optique 3lumière B

F

X’

0

F’

A

L Echelle : 1/5

Figure 4

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