Objectifs : ACTIVITE 1 : Décomposition de la lumière blanche

Document élève 1/5 Nom : Prénom : Classe : Date :

Physique – Chimie

Thème : L’Univers SPECTRES D’ÉMISSION ET D’ABSORPTION

Objectifs :   

Utiliser un système dispersif pour visualiser des spectres d’émission et étudier l’influence de la température de la source. Observer des spectres de raies Observer ou réaliser des spectres d’absorption

ACTIVITE 1 : Décomposition de la lumière blanche A. Décomposition par un prisme 1. Réaliser le montage ci-contre à l’aide de la lanterne du coffret d’optique alimentée en 12 volts, du prisme équilatéral et de l’écran 2. Colorier, sur le schéma du montage, le rectangle correspondant au spectre en respectant l’ordre des couleurs. 3. Quelle est la lumière colorée la plus déviée ? ______________________ 4. Quelle est la lumière colorée la moins déviée ? _________________ 5. Remplacer la lanterne du coffret par le laser rouge. Qu’observez-vous ? __________________________________________________________________________________ Compléter la conclusion ci-dessous avec les mots suivants : dispersif, violet (2 fois), rouge (2 fois), bande, décomposer, spectre, blanche, polychromatique, continue, laser, monochromatique, raie colorée, longueur d’onde, base -

Un prisme permet de ______________ la lumière _________ émise par une lampe à incandescence et d'en obtenir le _________ : le prisme constitue un système _________. Le spectre de la lumière blanche est constitué d'une _________ colorée_________ s’étendant du _________ au _________ : la lumière blanche est une lumière ___________________. Un prisme dévie la lumière vers sa ________. Il dévie davantage le _________ que le ________. Le spectre de la lumière du _________ est constitué d’une unique _________ sur un fond noir : la lumière émise par le laser est ___________________. La raie colorée émise est caractérisée par un nombre : ____________________ qui s’exprime en nanomètre (nm)

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Spectres d’émission et d’absorption (page 1)

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B. Décomposition par un réseau Après avoir observé le spectre réalisé sur l’écran pour toute la classe, dessiner dans le rectangle de droite du schéma ci-contre le spectre de la lumière blanche obtenu par action du réseau. Compléter la conclusion suivante avec les mots ci-après : réseau, lumière blanche, rouge, violet, spectre Un _________ permet d’obtenir le _________ de la ___________________. Par rapport à la fente centrale, la couleur la plus déviée est le ________ et la moins déviée le __________, contrairement au prisme.

ACTIVITE 2 : spectre d’émission d’un corps chauffé 1. La lampe à incandescence de la lanterne du coffret d’optique est alimentée normalement en 12 V alternatif. La température du filament en tungstène est très élevée, la lumière obtenue est blanche. 2. Mettre en place la fente fine, puis le réseau sur la lanterne du coffret d’optique. 3. Observer sur l’écran, le spectre formé par le réseau. 4. Alimenter la lampe en 6 V alternatif. Le filament est alors moins chaud que précédemment. Observer l’aspect du spectre. 5. Dessiner l'allure du spectre dans chaque cas sur les schémas proposés ci-dessous : -

Quand le filament est très chaud :

-

Quand le filament est moins chaud :

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Spectres d’émission et d’absorption (page 2)

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Compléter la conclusion ci-dessous avec les mots suivants : bleu-violet, température, chaud, continu, élevée, couleur, blanche, rouge au violet, rouge au jaune, rouge-orangé Un corps dense (solide - gaz sous forte pression) et ________ émet de la lumière. Le spectre d'émission du corps chaud est _________ et d'autant plus riche en couleurs ______________ que sa température est ____________. La ________ de la lumière émise par le corps chauffé peut donc nous renseigner sur sa __________ Lorsque la lumière émise est _________, le spectre présente toutes les couleurs du ____________. Lorsque la lumière émise est _____________, le spectre présente les couleurs allant du _______________

Application : La couleur des étoiles

À l’aide de la conclusion précédente, complétez le texte ci-dessous : Bételgeuse, qui est une étoile rouge, est plus ____________ que Rigel qui est une étoile bleue. L’analyse du spectre permet d’accéder à ______________ de l’étoile.

  

ACTIVITE 3 : les spectres de raies d’émission 1. 2.

Observer, à l’aide d’un spectroscope, les lumières émises par les lampes à vapeur de sodium et de mercure Attribuer à chaque élément les spectres d’émisssion représentés ci-dessous. Précisez la couleur de chacune des lumières observées à l’œil nu. Indiquez si la lumière émise par les lampes est monochromatique ou polychromatique

       Spectre A

 Spectre B

_________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________ 

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Spectres d’émission et d’absorption (page 3)

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3.

Sur l’axe ci-dessous, placer la raie spectrale émise par le sodium sachant que sa longueur d’onde vaut λ = 589 nm (en réalité le sodium émet deux raies spectrales très proches mais le spectroscope utilisé ne permet pas de les séparer) ________________________________________________________________________________________ nm 400

425

450

475

500

525

550

575

600

625

650

675

700

725

750

775

800

4. Sur l’axe ci-dessous, placer les raies spectrales émises par le mercure sachant que leurs longueurs d’onde valent : λ1= 436 nm ; λ2 = 546 nm ; λ3 = 576 nm ; λ4 = 623 nm ; λ5 = 690 nm ________________________________________________________________________________________  

  nm 400

425

450

475

500

525

550

575

600

625

650

675

700

725

750

775

800

   

ACTIVITE 4 : les spectres d’absorption 1. À l’aide du matériel déjà utilisé à l’activité 1, réaliser le montage cicontre en intercalant une cuve parallélépipédique contenant une soution soit de permangante de potassium, soit et de sulfate de cuivre (II) entre le prisme et l’écran.

2. Observer le spectre obtenu et à attribuer à chaque solution son spectre d’absorption dans les deux cidessous.

 Spectre C

 Spectre D

____________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________ 3. Pourquoi appelle-t-on ces spectres des spectres d’absorption ? ____________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________ © PIERRON 2011

Spectres d’émission et d’absorption (page 4)

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4. À partir du spectre de la solution utilisée, justifier sa couleur. ___________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________

5. On donne ci-dessous les spectres d’absorption des éléments sodium et mercure. En justifiant votre choix, attribuer le bon spectre au bon élément.    

   Spectre E

 Spectre F

___________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________

6.

Application On donne ci-contre deux spectres mettant en œuvre la vapeur d’hydrogène a. Comment distinguer un spectre de raies d’émission d’un spectre de raies d’absorption ? ______________________________________ ______________________________________ ______________________________________ ______________________________________ ______________________________________ ______________________________________

b. Comment un spectre caractérise-t-il un élément chimique? _______________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________

7. Conclusion Compléter la phrase ci-dessous : Un élément chimique _________ les radiations lumineuses qu’il est par ailleurs capable ___________. Ces radiations sont ____________________ de cet élément.

Remarque : une application de cela est la connaissance de la chromosphère des étoiles qui sera étudiée dans le TP suivant.

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Spectres d’émission et d’absorption (page 5)