math

Exercices

Connaître 2.Donner l’ordre de grandeur des mesures suivantes.
Taille d’une cellule : 3,78.10-6m
1 Répondre par vrai ou faux Circonférence de la Terre 4,00.107m
Année de lumière (a.l.) :9,46.1015m
1.Le remplissage de l’espace par la matière est La longueur d’onde λ d’une radiation rouge : 7,50.10-7m
essentiellement lacunaire, aussi bien au niveau de
l’atome qu’à l’échelle cosmique. 4 Distance et unité.
2.Toutes les planètes du système solaire tournent
autour du soleil 1.En quelle unité mesure-t-on les longueurs, dans le
3.Dans la galaxie, la matière est repartie système international ? Quel est le symbole de cette
uniformément. unité ?
4.Il est probable que bon nombre d’étoiles encore 2.Citer trois éléments appartenant au domaine
visibles aient déjà explosé et n’existe donc plus que microscopique (infiniment petit) puis trois éléments
d’autres étoiles sont nées sans que leur lumière n’ait appartenant au domaine macroscopique (infiniment
eu le temps de nous parvenir. grand).
5.La hauteur d’une salle de classe est de même ordre 3.Quelle est la taille (ordre de grandeur) d’un atome ?
de grandeur que la taille d’un élève. D’un noyau ?
4.Expliquer, en quelque lignes, comment est organisé
2 Notation scientifique (structure, composition) l’univers à l’échelle de
l’infiniment grand.
1.Recopier les nombres suivants, puis les écrire en
notation scientifiques. Appliquer

720 000 m =.....m ; 0,037 m =.....m 5 La visée

20.5 m =……m ; 0,00000078 m=......m Un élève essaie de retrouver la taille H du statut sur
2.Donner l’écriture scientifique et le symbole du l’esplanade du palais du peuple par la méthode de la
micromètre et du nanomètre. visée. Debout à une distance située à D = 30 m de la
3.Soit les grandeurs suivantes : base de la statut, il tend le bras ( d’une longueur d = 60
a.Rayon de la plante Jupiter : 71500 km cm) et occulte la statut avec un stylo d’une longueur de
b.taille s’un virus :0,4 µm h = 6,3 cm .
c.Rayon de l’atome d’Hélium : 0,031 nm
d.Diamètre d’un grain de sable : 0,6 mm 1.Faire un schéma légendé de la situation.
2.Convertir les distances données en mètre et donner
Exprimer ces grandeurs en mètre, en les mettant en une relation littérale les longueurs d, D, h et H .
écriture scientifique. 3.Calculer en mètre la hauteur de la statut .
4.Calculer l’erreur absolue et l’erreur relative
4.Calculer, a partir d’une des données ci-dessus, commises sur la détermination de la hauteur de la
la circonférence (périmètre) de la planète Jupiter. statut .
Arrondir au kilomètre près. Sachant que la
circonférence de la terre est de 40000 km, quel est
l’ordre de grandeur séparant la circonférence de la
Terre de celle de Jupiter ? Conclure.

Aide : périmètre p=2π R (où R est le rayon de la
planète).

3 Ordre de grandeur

1.Recopier les nombres suivants ; puis donner leur
ordre de grandeur
4, 8.10 3 m =…..m 3,8.102 m =………m
3,07.108 m =…...m 5,2.108 m =....… m
6,5.10-2 m=…..…m 1,5.10-3 m =....….m

Chapitre 3 : De l’’infiniment petit à l’infiniment grand 51

Exercices

6 Distances dans le système solaire 5.L’étoile 61 Cygni est situé à 1014 km de la Terre.
Exprimer cette distance en a.l.
La Terre de diamètre 12 800 km, se déplace sur une
orbite circulaire à une distance égale à 150 millions 9 Hauteur d’un arbre
de kilomètres du soleil.
Un élève de la classe de seconde, passionné par la
1.Convertir ces distances en metre en utilisant la physique souhaite mettre son cours en pratique pour
notation scientifique. déterminer la hauteur (H) d’un arbre. Il mesure d’abord
la longueur (L) de l’ombre de l’arbre puis, l’ombre de
2.Donner l’ordre de grandeur du diamètre de la Terre. son père debout qui a une taille(h) de 1,80 m.

3.Si la Terre est assimilée à une balle de ping-pong
de diamètre 40 mm, à quelle distance, exprimée en
mètre, se trouve alors un ballon qui représente le
soleil ?

7 Distances hors du système solaire 1.Faire un schéma de la situation.
2.Donner l’expression permettant de calculer H et
On prendra c=3.108 m.s-1 déterminer cette longueur.

1.Que signifie la grandeur « c » ? Données L=8.5m l=1,2m

2.Donner la définition de l’année-lumière (1a.l) et analyser
calculer sa valeur en mètre. Bien détailler le calcul.
10 Oh l’orage!
Par la suite, on arrondit la valeur d’une année-lumière.
On prendra 1a.l=1013 km Ali est à Ali-Sabieh pendant les vacances d’été, puis
un après midi, il commence à
3.Le 23 février 1987, une pleuvoir, et soudain il voit un
source de lumière très éclair (foudre), puis juste après
brillante est apparue dans il entend le bruit d’un tonnerre.
la grand nuage de
Magellan. Il s’agit de La foudre se déplace à la
l’explosion d’une des étoiles vitesse de la lumière, c’est-à-
de ce nuage (photographie dire c=3.108 m.s-1
de Hubble ci-contre)
a.Le nuage de Magellan est situé à une distance 1.Combien de temps s’écoule
d’environ 16.1020m. Convertir cette distance en année- t-il avant de voir l’éclair lorsque l’orage éclate à 3 km ?
lumière.
b.Quand cette explosion a-t-elle-eu lieu ? Donner le résultat sous la forme d’une puissance de 10.
c.Expliquer la phrase « voir loin, c’est voir dans le
passé » en l’appliquant à cette situation. 2.Le tonnerre se déplace à la vitesse du son, c’est-à-
dire 340 m.s-1
8 Les distances dans l’Univers
a.Combien de temps s’écoule t-il avant d’entendre le
1.Quelle est la valeur de la vitesse de la lumière dans tonnerre lorsque l’orage éclate à 3 km ?
le vide ? Donner le résultat arrondi au dixième
C=3.105 km/s c=3.103 km/s c=3.1010 km/s b. Si on entend le tonnerre 12 seconde après avoir vu
l’éclair, à quelle distance se trouve- t-on du lieu où est
2.L’année-lumière est-elle adaptée à l’échelle tombée la foudre ?
cosmique, humaine ou microscopique ?
11 Changement d’échelle
3.Combien de temps met la lumière, émise par l’étoile
Bételgeuse située à 5000 années-lumière de la Terre, Le noyau d’un atome de diamètre 1,2.10 – 15 m est
pour nous parvenir ? A quelle distance (en kilomètres) représenté par une balle de tennis de table de 40 mm
se situe-t-elle ? de diamètre. La valeur du diamètre de cet atome est
1,0.10 – 10 m.
4.Combien de temps met la lumière du soleil pour
atteindre Mars, située à 300 millions de kilomètre ?

52 Chapitre 3 : De l’’infiniment petit à l’infiniment grand

Exercices

1.Quel serait le diamètre de la sphère représentant 5.Sachant que le nombre d’êtres humains est estimé
l’atome ? Conclure. à 6,5 milliards d’habitants pour une masse totale de
2.Quel est le grossissement ayant permis cette 520 mille millions de kg, évaluer la masse moyenne
observation ? d’un humain. Ce résultat est-il en accord avec l’ordre
de grandeur obtenu à la question 4 ? Justifier.
12 De l’infiniment petit à l’infiniment grand.
14 Le voyage le plus long.
L’atome d’hydrogène peut-être assimilé à une sphère
de rayon 5,3.10-11m .Il est constitué d’un proton Sortons maintenant du système solaire et allons
assimilable à une sphère de rayon 1,2.10 -15 m et dans les étoiles. La plus proche de nous est Alpha
placé au centre de l’atome ainsi que d’un électron du Centaure, qui est à quarante millions de millions
quasi ponctue qui gravite autour de ce noyau dans un de kilomètre de nous. Et c’est l’étoile la plus proche
rayon de 5,3.10-11 m .L’atome est donc quasiment vide. du soleil !
La distance de la Voie Lactée (notre galaxie) à la
Données : galaxie d’Andromède est de cinq cent mille fois la
distance de la Terre à Alpha du Centaure.
πVolume d’une sphère V=(4/3) R3 Et la distance qui nous sépare du quasar le plus
éloigné est de quatre mille fois la distance à la
Taux d’occupation de la matière t= (volume occupé galaxie d’Andromède.
par la matière)/(volume total). Parlons temps, maintenant. Il faut quelques jours
pour aller sur la Lune, trois ans pour aller sur
1.Convertir 5,3.10- 11m en km puis en µm puis en nm Pluton…..et nous ne pouvons guère « espérer aller
en gardant la notation scientifique. plus loin.
Le voyage jusqu’à l’étoile la plus proche (Alpha du
2.On veut réaliser une maquette à l’échelle de l’atome Centaure), dans l’état actuel de notre technologie,
d‘hydrogène : prendrait des centaines de milliers d’années ».

En représentant l’atome par un ballon de rayon 15 cm, Issac Asimov,« Mais le docteur est d’or »
quel serait le rayon de la sphère sensé représenter le
noyau de l’atome c’est-à-dire le proton ? Donné : On prendra, dans cet exercice, pour
simplifier les calculs : 1a.l=1013km
3.Calculer le volume occupé par un atome
d’hydrogène en m3. 1.A quelle distance, en kilomètre, puis en a.l se trouve
4.Calculer le volume occupé par le proton en m3 Alpha du Centaure ? Exprimer les résultats en écriture
5.Calculer le taux d’occupation de la matière dans scientifique.
l’atome .Conclure 2.En déduire à quelle distance, en al, se trouve la
galaxie d’Andromède.
13 humains et fourmis 3.En sachant qu’un vaisseau spécial peut se déplacer
à environ 10km/s, justifié, par un calcul cette dernière
Le nombre de fourmis est estimé à dix millions de phrase.
milliards d’individus, soit 10% de la population totale
des insectes. 15 Hauteur d’une protubérance solaire

La masse de l’ensemble des fourmis de la planète Le soleil, distant de 150
équivaut à celle des humains, soit environ 520 mille millions de km de la Terre,
millions de kg ! a un diamètre de l’ordre
1.Exprimer, en écriture scientifique, le nombre de de 1,39.106km .La terre
fourmis et la masse de l’ensemble des fourmis de la quant à elle, a un rayon
planète. de 6,38.103 km. La photo
2.Evaluer la masse d’une fourmi en kg, en g puis en ci-dessous, prise par la
mg. station spatiale Skylab le 19 décembre 1973, montre
3.En déduire l’ordre de grandeur, en kg, de la masse une des plus grandes protubérances solaires jamais
d’une fourmi.
4.Sachant qu’une fourmi pèse de l’ordre d’un million
de fois moins qu’un être humain, en déduire l’ordre de
grandeur en kg de la masse d’un être humain.

Chapitre 3 : De l’’infiniment petit à l’infiniment grand 53

Exercices

enregistrées. 2.Calculer la surface Sfeuille d’une feuille de papier A4
de largeur l=21 cm et de longueur L=29,7 cm. Donner
On souhaite déterminer la hauteur réelle de la le résultat en cm2 puis en m2.
protubérance. 3.Déterminer la surface de la tache en cm2 puis
1.Déterminer cette hauteur en km. Expliquer votre en m2.Pourquoi est-il légitime de négliger la masse
méthode. d’huile présente sur la feuille ?
4.Donner l’expression littéral entre e ,S et V.
2. Comparer le résultat avec le diamètre de la Terre. 5.Calculer la taille de la molécule en mètre et nm.
6.Donner son ordre de grandeur en mètre.
16 Elle a deux étoiles
18 Une mission spatiale
« Son petit nom est Kepler- 1.Quelle est la valeur de la vitesse de la lumière dans
16b. Cette planète vient
d’être découverte par les le vide exprimée en année de lumière par an (a.l/an) ?
astronomes américains, au 2.Lors de la mission Apollo 11 en juillet 1969, les
fin fond de notre galaxie. Sa
particularité : deux soleils images télévisées du premier pas de l’homme sur
la Lune ont été transmises à la vitesse de la lumière
Dans La guerre des pour permettre aux habitants de la Terre de suivre
étoiles, Georges Lucas lui l’événement pratiquement en direct. Imaginons que
donne le nom de Tatooine. ces mêmes images pour permettre aux diffusées alors
Les astronomes américains l’ont baptisée moins dans toutes les directions, soient parvenues en juillet
poétiquement Kepler-16b. Une planète à deux soleils 2001 sur une autre planète.
vient d’être découverte au fin fond de notre galaxie. a.A quelle distance de la Terre se trouve cette planète ?
A environ 200 années-lumière de la Terre. C’est une b.Quel est, en kilomètre, l’ordre de grandeur d’une
exoplanete. » année de lumière ? La planète en question peut- elle
être dans la galaxie d’Andromède qui est situe a une
Document (Ouest-France du 16/09/2011 ) distance de l’ordre de 10 19 km ?
3.On peut voir depuis la Terre, l’étoile autour de
1.Qu’appelle-t-on une exoplanète. laquelle cette planète est en orbite. En l’observant a
2.Quel est le temps mis par la lumière pour nous six mois d intervalle, on a déterminé que sa position
parvenir de la planète (éclairée par les deux soleils). par rapport aux étoiles lointaines variait d un angle
Justifier votre réponse. α=0,2’’
3.L’ordre de grandeur de l’année de lumière est a.Sans chercher à respecter l’échelle de taille ou de
10 13 km. Qu’appelle-t-on ordre de grandeur d’un distance, faire, un schéma montrant l’étoile, la Terre
nombre ? et le Soleil, et marquer l’angle alpha α. Rappeler la
4.Calculer la distance D séparant la Terre de cette définition de ma parallaxe en astronomie et en déduire
exoplanète. Le résultat sera donné en écriture la parallaxe p de l’étoile.
scientifique, sous la forme a.10n avec a et n entier b. Sachant que le rayon de l’orbite terrestre est
relatif. R = 1,5 x 108 km, retrouver D entre cette étoile et la
5.Donner l’ordre de grandeur de la distance D. Terre.
6.Quel est l’autre nom de «notre galaxie» ?

17 Méthode de Franklin

Pour déterminer la longueur e d’une molécule d’un
corps gras, un élève effectue l’expérience de Franklin.
Lorsqu’il verse une goutte d’huile pûre de volume
V=3.10-5 mL il obtient une tache de surface S.
Il mesure la masse de la feuille A4 :m feuille=5,00 g.
Il découpe ensuite cette feuille pour ne conserver que
la partie tachée. Cette partie tachée de a pour masse
m=1,00 g.
1.Calculer le volume d’une goutte en L et m3.

54 Chapitre 3 : De l’’infiniment petit à l’infiniment grand

Classification périodique 4CHAPITRE
des éléments chimiques

Le tableau de classification périodique, un rectangle fait de carrés couleurs, est aujourd’hui sur les
murs de tous les laboratoires de chimie dans le monde. Il est considéré comme un pilier du chimiste.
On peut dire qu’il représente l’ordre essentiel de la matière selon la rationalité humaine.

)) Comment s’est-il élaboré au fil des années ?
)) Quelles sont les règles actuelles de sa construction ?

Premier tableau de Mendeliev

Compétences attendues

 Connaitre l’histoire de l’élaboration de la classification périodique des éléments et sa règle
actuelle de construction :numéro atomique et nombres d’électrons de la couche externe.

 Savoir les familles des alcalins, des halogènes et des gaz nobles.
 Réaliser des expériences mettant en évidence les propriétés de quelques éléments chimiques

appartenant à la même famille.
 Savoir utiliser la classification périodique.

Activités

1 Histoire de la classification périodique des éléments chimique

A l’époque où Mendeleïev réalise son tableau de classification périodique des éléments chimiques, la structure

de l’atome n’est pas encore connue.

Comment Mendeleïev a-t-il classer les éléments ?

Un peu d’histoire.

L’année 1860 voit s’ouvrir à Karlsruhe (en Allemagne) le premier congrès International de Chimie. On ne
connaît, à l’époque, que 63 éléments. Leurs propriétés physiques et chimiques sont dans l’ensemble assez
bien décrites, mais leurs masses atomiques molaires (masse d’un nombre défini d’atomes) sont souvent
floues, voire méconnues, et cela malgré les remarquables travaux d’analyse des chimistes suédois Berzélius
et italien Avogadro. Bref, la chimie est à la fois en pleine expansion et en plein désordre.

L’idée est cependant dans l’air que, si l’on classe les éléments par masses atomiques molaires croissantes,
on doit pouvoir observer une certaine périodicité dans leurs propriétés.

En 1867, Mendeleïev est professeur de Chimie minérale à l’université de Saint–Pétersbourg. Depuis
plusieurs années, il prépare des fiches pour chaque élément où il indique sa masse atomique molaire et les
formules des principales combinaisons chimiques auxquelles il participe.

En les rangeant par masses atomiques croissantes, il est frappé par une évolution régulière de leurs
propriétés, mais surtout par le fait qu’à intervalles fixes, celles ci se répètent par séquences successives.
D’où l’idée de construire un tableau.

Les 63 éléments figurant dans son tableau sont classés verticalement par masses atomiques croissantes et
les familles d’éléments ayant des propriétés voisines sont regroupées sur une même ligne.

Pour respecter la périodicité, Mendeleïev est parfois amené à inverser des éléments et à laisser des cases
vides. Il prévoit ainsi la découverte de nouveaux éléments, dont il estime les masses atomiques et prédit
les propriétés. La découverte ultérieure des éléments scandium, gallium, germanium, technétium, rhénium,
polonium lui donnera raison.

Le travail et le génie de Mendeleïev sont alors reconnus par l’ensemble de la communauté scientifique

Document : État du développement de la classification périodique au 19ème siècle

H(1) Cu (63,4) Ag (108) Hg(200)

Be(9,4) Mg(24) Zn(65,4) Cd(112)

B(11) AL(27,4) ?(68) Ur (116) Au((197?)

C(12) Si(28) ?(70) Sn(118)

N(14) P(31) As(75) Sb(122) Bi(210?)

O(16) S(32) Se(79,4) Te(128 ?)

F(19) Cl(35,5) Br(80) I(127? )

Li(7) Na(23) K(39) Rb(85,4) Cs(133) Tl(204)

Ca(40) Sr(87,6) Ba(137) Pb(207)

Doc 2 : Extrait du tableau de Mendeleïev (1869). Les masses atomiques sont
indiquées entre parenthèses.

Doc.1.Mendeleïev (1834 - 1907)

56 Chapitre 4 : Classification périodique des élements chimiques

Activités

Exploitation
1. Dans quel pays se trouve Saint Petersburg.
2. Combien d’éléments Mendeleïev avait-il classé ?
3. A partir du texte, dégager les deux critères qui ont permis à Mendeleïev de classer les éléments et d’établir
une périodicité.
4. Comment sont classés les éléments ?
5. E n observant le tableau du (Doc. 2) indiquer quels éléments Mendeleïev a été amené à inverser ? En inversant

par exemple le Tellure et le Iode quel critère a-t-il donné la priorité ?
6. La prédiction de Mendeleïev est-elle confirmée ? Justifier votre réponse en s’appuyant sur le Document.

2 Réactions entre I2, Br2, et CI2 avec le cyclohexane

On sait extraire de l’eau de mer des espèces chimiques contenant les éléments chlore, brome et iode. Les
différents ions et molécules contenant ces éléments présentent des similitudes et des différences.

Peut –on les mettre en évidence ?

Pour vous aider

On appelle espèce chimique tout constituant de la matière.
Exemples : l’eau, le sel de cuisine (NaCl ) sont des espèces chimiques. En revanche, le pneu d’une
automobile ou une orange ne sont pas des espèces chimiques : ce sont des objets qui renferment
plusieurs espèces chimiques.

Matériel et produits
3 tubes à essais et leurs bouchons; supports ; 3 béchers de 100 mL,
une pipette Pasteur de 5mL;
flacons d’eau de dichlore; d’ eau de dibrome, d’ eau de diiode,
cyclohexane.

Protocole
1. V erser les solutions contenant respectivement du dichore Cl2, du

dibrome Br2 et du diiode I2 dans 3 béchers puis prélever chacun 5
mL et les verser dans les 3 tubes à essais numéroté de 1 à 3 (rincer
la pipette après chaque utilisation)
2. Verser environ 1 mL de cyclohexane dans les 3 tubes à essais.
3. Boucher les tubes, agiter vigoureusement quelques secondes et laisser reposer.

Exploitation
1. Quelle similitude présente la formule brute des trois espèces chimiques présentées ?
2. Quelles différences physiques observe-t-on entre les contenus des ces 3 flacons ?
3. Combien observe-t-on de phases (partie distinctes) dans chaque tube avant agitation ?
4. S achant que le cyclohexane (phase organique) est moins dense (moins lourde) que l’eau (phase aqueuse),

quelle est la nature de chaque phase après agitation ?
5. Noter la couleur de chacune de ces solutions et Schématiser les 3 tubes à essais.

Chapitr4 : Classification périodique des élements chimiques 57

Activités

3 Principe de la classification périodique des éléments chimiques

Le tableau périodique des éléments, appelé aussi tableau de Mendeleïev regroupe les différents éléments en
les classant selon leurs propriétés et leurs caractéristique.
L’élaboration du tableau actuel passe par la structure électronique des éléments

Comment est construit ce tableau pour mettre en évidence les analogies de propriétés qui existent
entre certains éléments ?

Hydrogène H Z =1 Hélium He Z =2 Lithium Li Z=3

Béryllium Be Z=4 Bore B Z=5 Carbone C Z=6

Azote N Z=7 Oxygène O Z=8 Fluor F Z=9

Néon Ne Z=10 Sodium Na Z=11 Magnésium Mg Z=12

Aluminium Al Z=13 Silicium Si Z=14 Phosphore P Z=15

Soufre S Z=16 Chlore Cl Z=17 Argon Ar Z=18

Doc.3. Les 18 premiers éléments et leur numéro atomique

H He
Z=1 Z=2

Doc.4.Tableau périodique simplifié.

Exploitation
1. Rappeler le nom donné à Z.
2. Ecrire la structure électronique des éléments qui figurent dans le (Doc. 3).
3. En comparant ces différentes formules électroniques, que constatez –vous ?
5. R ecopier et compléter le (Doc.4) en respectant la règle mentionnée ci-dessous .

Pour vous aider

 Sur une même ligne placer les éléments par ordre de numéro atomique croissante
 sur une même colonne placer les éléments qui ont les mêmes nombres d’électron sur leur couche externe

6. Q uels sont les trois critères qui régissent la place des éléments dans la classification périodique des
éléments ?
Les éléments de la dernière colonne sont particulièrement stables.

7. En s’appuyant sur leurs structures électronique quelle propriété chimique ont-ils en commun ?
8. Q ue deviennent les atomes de nombreux éléments qui, leur enviant cette propriété, veulent les imiter ?
9. Qu’est –ce qui fait qu’un atome ou un ion soit chimiquement stable.

58 Chapitre 4 : Classification périodique des élements chimiques

Cours

1 Classification périodique des éléments

Au début du XVIIIème siècle, seulement douze éléments étaient connus. Au milieu du XIXème siècle, ce nombre
était porté à environ 60. Il devenait urgent de leur trouver une méthode de classification rationnelle.

1.1 Critères historiques de Mendeleïv

Au milieu du XIXème siècle, peu de critères permettent de classer
les uns par rapport aux autres les éléments connus. Pour obtenir
un classement, Mendeleïev choisit d’utiliser la masse des
atomes.

Il les range alors dans un « tableau ».Il les classe dans les
colonnes par masse atomique croissante du haut vers le bas,
puis de la gauche vers la droite, en mettant sur la même ligne,
les éléments présentant des analogies de comportement,
c’est- à- dire des ressemblances.

Pour expliquer certains vides de son classement, il prédit Doc.5. Mendeleïev
l’existence d’éléments pas encore découverts à son époque.

1.2 Critère actuel de construction

Dans la classification périodique actuelle, le critère de classement est le numéro atomique Z. De plus, les lignes
et les colonnes ont été inversées par rapport à la représentation initiale.

Les 112 éléments chimiques naturels ou artificiels sont rangés en lignes, par numéro atomique Z croissant. Un
changement de lignes s’effectue régulièrement :

 dans une même ligne, ou période, les atomes des éléments ont un même nombre de couches électroniques
occupées ;

 dans une même colonne, les atomes des éléments ont le même nombre d’électrons sur leur couche externe.

La classification périodique actuelle est constituée de 18 colonnes et de 7 lignes, aussi appelées périodes.

2 Quelques familles d’éléments

Définition : Les éléments d’une même colonne de la classification périodique ont des propriétés chimiques
voisines. On dit qu’ils forment une famille. Les éléments d’une même famille possèdent le même nombre
d’électrons sur leur couche externe.
2.1 Famille des halogènes

La famille des halogènes est constituée des éléments de l’avant-dernière colonne de la classification périodique.

Elle comprend le fluor, le chlore, etc. A chacun de ces éléments, il manque un électron pour que la dernière
couche soit complète et lorsqu’ils se transforment en ion, ils gagnent cet électron et forment les ions (F- , Cl- …etc).
Quelques propriétés chimiques communes :
 Les di halogènes réagissent avec l’aluminium pour former les trihalogenures d’aluminium.
 Les ions halogénure réagissent tous avec les ions Ag+ pour former des précipités.

Chapitr4 : Classification périodique des élements chimiques 59

Cours

2.2. Famille des métaux alcalins
La famille des métaux alcalins correspond aux éléments de la première colonne de la classification
périodique, à l’exception de l’hydrogène.

Elle comprend le lithium, le sodium…etc. Tous ces éléments possèdent une couche externe avec un électron. Ils
forment tous des cations en perdant un électron (Li+, Na+…etc).
Sous forme d’atomes, Li, Na, et K sont des métaux qui réagissent très violemment avec l’eau.
2.3 Famille des gaz nobles

La famille des gaz nobles est constituée des éléments de la dernière colonne de la classification périodique :
elle comprend l’hélium, le néon..etc

Ainsi, la couche électronique externe des atomes des gaz nobles est pleine. Sauf rares exceptions, ils existent
uniquement sous forme de gaz monoatomiques et présentent une grande inertie chimique. Le néon, l’argon, le
krypton, et le xénon sont utilisés dans certaines lampes d’éclairage.

3 Application

3. 1. Rappel : règle de l’octet
Au cours de réactions chimiques, les atomes réagissent pour obtenir une structure électronique plus stable que
la leur : ils tendent à acquérir la structure électronique en octet, particulièrement stable, des gaz nobles. Un
des moyens est la formation d’ions (positifs ou négatives).
Les atomes des éléments chimiques des premières colonnes de la classification ont donc tendance à perdre
des électrons pour donner des cations tandis que ceux des dernières colonnes ont tendance à capter des
électrons pour donner des anions.
3. 2. Ions monoatomiques stables et formation des molécules
Les atomes situés dans les colonnes 1 ,2 et 3 la classification périodique ont donc 1 ,2 et 3 électrons sur leur
couche externe .Ils peuvent les perdre pour donner des cations portant 1 ,2 et 3 charges élémentaires.
Les atomes situés dans les colonnes 5 ,6 et 7 la classification périodique ont donc 5 ,6 et 7 électrons sur
leur couche externe .Ils peuvent donc gagner 1 ,2 et 3 électrons afin de donner des anions portant 1 ,2 et 3
charges élémentaires .

Les atomes situés dans les colonnes 1 ,2 et 3 vont donc avoir tendance à chercher à se lier avec les
atomes des colonnes 5 ,6 et 7, car les premiers peuvent perdre des électrons alors que les second peuvent
en gagner, ces atomes vont donc former des liaisons entre eux et ces liaisons portent le nom de liaisons
covalentes .Il y a formation des molécules.

60 Chapitre 4 : Classification périodique des élements chimiques

Cours

L’essentiel du cours

Le savant russe Mendeleïev (XIXe siècle) est à l’origine de la classification périodique des éléments chimiques.

1. Classification actuelle
 Les éléments chimiques sont classés par numéro atomique Z croissant.
 Une nouvelle ligne est commencée chaque fois qu’intervient une nouvelle couche électronique.
 Dans une même ligne, les atomes des éléments ont les mêmes couches électroniques occupées.
Chaque ligne est appelée période.
 Dans une même colonne, les atomes des éléments ont le même nombre d’électrons sur leur

couche externe. Chaque colonne est appelée famille.

2. Quelques familles

 Premier colonne : famille des métaux alcalins.
 Septième et avant-dernière colonne : famille des halogènes.
 Huitième et dernière colonne : famille des gaz rares ou des gaz nobles.

 Les éléments d’une même colonne conduisent à la formation d’ions monoatomiques stables ayant la même
charge.
 Les atomes des éléments d’une même colonne forment, dans une molécule, le même nombre de liaisons
covalentes.

K H Le tableau périodique réduit He
KL Li Be F Ne
KLM Na Mg B CNO Cl Ar
Al Si p S

Chapitr4 : Classification périodique des élements chimiques 61

Exercices

connaitre périodique, se trouve à l’intersection de la 2e période
et de la 2e colonne.
1 Choisir la (ou les ) bonne(s) réponse(s). 3.Que doit essayer un atome de la classification
périodique, afin « d’acquérir » plus de stabilité ?
1.Les éléments situés dans la 1ère colonne de la 4.Quel est le premier critère qui permet actuellement
classification : de classer les éléments ? Dans quel ordre doit-on
a.Constituent la famille des halogènes ; ranger les éléments ?
5.Que se passe t-il , au niveau des configurations
b.Ont des atomes avec seul électron externe ; électroniques, lorsque l’on change de ligne dans la
classification périodique ?
c.Donnent facilement des cations ; 6.Citer un des points communs à tous les éléments
d’une même famille.
d.Présentent un caractère métallique.
4 Les ions
2.Les halogènes :
a.Sont situés dans la 18ième colonne de la classification ; Citer deux anions et deux cations ayant la même
b.Ont des atomes avec six électrons externes ; configuration électronique que le néon.
c.Donnent facilement des anions porteurs d’une
charge élémentaire. 5 Ions alcalins
3.l’Hélium, le néon, l’argon :
a.Ont la même structure électronique externe ; a.Le sodium Na a pour structure électronique
b.Appartiennent à la même famille ; (K)2(L)8(M)1. A quel ion monoatomique stable conduit-il ?
c.Existent sous la forme diatomique ;
d. Ont une faible réactivité chimique. b.En utilisant une classification périodique, dire à
4.Les éléments de la deuxième ligne ; quels ions monoatomiques stables conduisent les
a.Ont la même structure électronique externe ; éléments lithium Li, potassium K, césium Cs.
b.Ont tous des électrons situés sur la couche L ;
c.Appartiennent à la même famille chimique ; appliquer
d.constituent la famille des alcalins.
6 Le cation mystérieux
2 Vrai ou faux.
La formule électronique d’un cation est (K)2(L)8
a.L’élément silicium a pour structure électronique
(K)2(L)8(M)4 .Il est par conséquent dans la quatrième 1.Donner la définition d’un cation.
période. 2.Le cation porte trois charges élémentaires, combien
b.Les éléments d’une même ligne de la classification de protons possède l’élément chimique ?
périodique ont des propriétés chimiques voisines. 3. Donner la période et la colonne de l’élément dans
c.Le magnésium est dans la deuxième colonne de la la classification périodique.
classification périodique. Par conséquent, il possède
deux électrons sur sa couche externe. 7 Un élément dans les puces.
d.Les éléments situés dans la 1ère colonne de la
classification constituent la famille des halogènes Cet élément est un semi-conducteur qui entre dans la
e.L’hélium , le néon ,l’argon existent sous forme constitution de certains composants électroniques.
diatomique . La dernière couche électronique de cet élément
chimique est la couche M. Elle contient 4 électrons.
3 Répondre les questions suivantes en s’appuyant
1.A l’aide de la classification périodique, identifier cet
sur le cours. élément.
1.Donner une des propriétés des gaz nobles ? 2.Indiquer son numéro
2.Quel est l’élément qui , dans la classification atomique Z.
3.Etablir sa configuration
électronique.
4.Donner le nom et le symbole chimique d’un élément

62 Chapitre 4 : Classification périodique des élements chimiques

Exercices

appartenant à la même colonne que cet atome. 2.Le numéro atomique du fluor est Z=9. Déterminer
5.Combien d’électrons externes possèdent ces 2 le nombre d’électrons périphériques (électrons de
atomes ? la couche externe) de l’atome de fluor. En déduire
6.Etablir les deux représentations de Lewis des le nombre d’électrons périphériques de l’atome de
molécules dans lesquelles sont engagés ces deux brome.
atomes, et contenant chacune deux atomes de chlore 3.Déterminer la formule de l’ion stable que peut
et deux atomes d’hydrogène donner l’atome de fluor. En déduire la formule de l’ion
stable que peut donner l’atome de brome.
8 Structure électronique dans une famille
analyser
La structure électronique de l’atome d’azote N
est(K)2(L)5. 12 Honneur à Marie Curie

En déduire la structure électronique de l’atome de Le polonium tient son nom de la célèbre physico-
phosphore P qui se trouve juste endessous de N. chimiste Marie Curie, d’origine polonaise. Le numéro
atomique du polonium est Z=84.
9 Structure électronique
1.Grace à la classification périodique, donner le
Un atome inconnu a pour structure électronique symbole de l’élément polonium.
(K)2(L)3. 2.A quelle colonne le polonium appartient-il ?
3. Combien manque t-il
a.Quelles sont la ligne et la colonne de l’élément d’électron à l’oxygène pour avoir
correspondant dans la classification périodique ? une couche externe pleine ?
Justifier. 4. En déduire le nombre
d’électrons qui manque au
b.Quel est son numéro atomique ? polonium pour avoir une couche
externe pleine
c.En utilisant la classification périodique, donner son
nom et son symbole. 13 A propos de l’oxygène.

10 Identifier un élément Les coordonnées de l’élément
oxygène sont: ligne 2; colonne 6 dans le tableau
L’atome d’un élément X à identifier a dans sa périodique simplifié.
représentation de Lewis 3 électrons célibataires.
1.En déduire la formule de l’ion stable que peut
1.Combien d’électrons a t-il sur sa couche externe ? donner l’atome d’oxygène.
2.Etablir les configurations électroniques possibles 2.Déterminer le nombre de liaisons covalentes que
pour cet élément. peut donner un atome d’oxygène.
3.En déduire son numéro atomique ainsi que sa place
dans la classification. L’élément soufre appartient à la même famille
4 Enoncer la règle de l’octet. chimique que l’élément oxygène .
5.Quel ion monoatomique pourra donner cet atome ? 3.Dans quelle colonne l’élément soufre se trouve-t-il?
4.Combien l’atome de soufre a-t-il d’électrons sur sa
11 Classification couche externe?

Lorsqu’on examine un tableau périodique des 14 Localiser un élement dans le tableau de
éléments complets, on relève pour l’élément brome:
Z=35. Cet élément se situe hors des limites du classification
tableau périodique simplifié dont l’étude est imposée
en classe de seconde. Cependant, il est possible de La couche électronique externe d’un atome est la
connaître de nombreuses propriétés chimiques du couche (M). Elle comporte 1 électron.
brome si l’on remarque qu’il se trouve dans la même
colonne que le fluor. 1.Dans quelle ligne et quelle colonne de la
1.A quelle famille chimique le fluor et le brome classification périodique se situe l’élément chimique
appartiennent-ils? correspondant?

Chapitr4 : Classification périodique des élements chimiques 63

Exercices

2.Donner son numéro atomique et l’identifier. a.Quelle est la formule de cet ion ? Justifier.
3.Quel ion monoatomique cet atome est-il susceptible
de donner? Justifier. b.Donner sa structure électronique.
4. Citer deux éléments appartenant à la même famille.
Nommer cette famille c.Combien de neutrons peut-il avoir dans son noyau
sachant qu’il existe que trois isotopes de magnésium ?
15 Magnésium et chocolat
6.Dans un carré de chocolat de 5 g, il y a 5 mg de
Contrairement à ce que beaucoup de gens croient, ce magnésium.
n’est pas de calcium que nous avons le plus besoin, a.Combien y a-t-il d’atomes de magnésium dans un
mais de magnésium, un oligo-élément essentiel qui a carré de chocolat ? Donner le résultat en utilisant un
disparu de notre alimentation en raison du raffinage ordre de grandeur.
des céréales d’une part, mais aussi et surtout des
méfaits de l’agriculture intensive. b.Calculer alors le nombre de chaque isotope que l’on
consomme lorsqu’on mange un carré de chocolat.
On trouve le magnésium dans le chocolat.
Ecrire le résultat avec 2 chiffres significatifs.
1. Soit un atome de
magnésium caractérisé Données : masse d’un 24Mg 79%
par les nombres Z=12 et nucléon=1,67x10-27kg 25Mg 10%
A =26 26Mg 11%
a.Donner la notation Proportion dans la nature
symbolique de son noyau (en nombre d’atome ou ions) des
trois isotopes considérés.
b.Donner la signification
des lettres Z et A. 16 Les éléments chimiques et la classification

c.Préciser la composition de son noyau périodique

2. Masse de l’atome de magnésium. Voici un extrait de la classification périodique où deux
a.Calculer la masse m du noyau éléments chimiques sont manquants.

b.Quelle est la masse de l’atome ? Justifier la réponse. Li Be C NO F Ne

3.La structure électronique correspondant à la Na Mg symbole : ... P symbole Cl Ar
répartition des électrons. nom : ... : ...
a. Donner le nombre d’électrons de l’atome de nom : ...
magnésium. Justifier la réponse
1. Rappeler de quelle manière les éléments chimiques
b.Enoncer les règles de remplissage des couches. sont classés dans la classification périodique actuelle.

c.Donner la structure électronique de l’atome de 2.En déduire les numéros atomiques des éléments
magnésium. azote N, chlore Cl et du phosphore P.

4.On considère à présent deux autres atomes 3.Donner les structures électroniques des atomes de
caractérisés par les couples (Z, A) suivants : (12,24) lithium Li (Z = 3) et d’aluminium Al (Z = 13)
et (12,25).
a.Comment nomme-t-on ces atomes ? Justifier la 4.Quel est le nom de la famille à laquelle appartient
réponse. l’élément chimique chlore ?
b.Donner la notation symbolique de leur noyau.
5.L’atome de magnésium a perdu 2 électrons pour 5.Citer un élément chimique de la famille des alcalino-
former l’ion magnésium. terreux.

6.Quel est la formule de l’ion susceptible d’être
formé par l’atome de chlore ? Justifier en détaillant la
formation de cet ion. Est-ce un cation ou un anion ?

7.Parmi les 17 isotopes du phosphore connus, l’isotope
31P est stable et l’isotope 32P est utilisé comme traceur
en biologie

64 Chapitre 4 : Classification périodique des élements chimiques

Exercices

8.Qu’entend-on par « isotopes » du phosphore ? II. Etude de l’élément sodium (symbole chimique Na).
9.Préciser la composition détaillée de chacun de ces
deux isotopes (noyau et nuage électronique) L’élément sodium z pour structure électronique :
Compléter la classification périodique (symbole et (K)2(L)8(M)1.
nom)
1.Donner le numéro atomique de l’élément sodium.
17 Le chlorure de sodium Justifier.

Le sel (ou chlorure de sodium) que nous mangeons 2.Sachant que la masse de l’atome est
est un composé ionique solide constitué d’ions .Il m=3,9.10 -26 kg, trouver le nombre de nucléons A
provient de l’eau de mer ou de mine de sel, mais le puis le nombre de neutrons N dans le noyau. Faites
chimiste peut aussi le synthétiser. précéder votre calcul d’une expression littérale et
Pour cela, il chauffe un morceau de solide métallique d’une justification.
dans un courant de dichlore (le dichlore est un gaz
dans les conditions ambiantes). 3.Donner le symbole du noyau de l’atome de sodium.
4.Cet atome n’est pas stable, il peut former un ion.
I. Etude de l’élément chlore (symbole chimique Cl). Lequel (donner sa formule chimique) et pourquoi ?
Le numéro atomique est de 17 et son nombre de
masse est 35. 5.Sachant que la somme des charges est nulle dans
1.Donner le nombre de protons et de neutrons un composé ionique, trouver la formule du chlorure de
contenus dans son noyau. sodium
2.Donner la structure électronique de l’atome de
chlore. 18 Une molecule
3.Quelle place occupe-t-il dans la classification
périodique (ligne et colonne) ? L’alumine, de formule chimique Al2O3, est un composé
4.A quelle famille appartient-il ? chimique qui existe à l’état naturel dans la bauxite,
5.Le chlore peut donner un ion ou former une sous forme d’alumine hydratée mélangée avec de
molécule A. l’oxyde de fer.
A quelle règle, l’élément chlore obéit-il en formant cet
ion ou cette molécule ? Enoncer cette règle ainsi que L’alumine est exploitée industriellement pour obtenir
son nom. de l’aluminium.
6.Donner la formule chimique de l’ion que peut
donner le chlore L’alumine a pour formule brute Al2O3.
7.Une molécule est un corps simple si elle est 1.Quels sont les éléments
constituée uniquement d’un même type d’atomes. chimiques que l’on retrouve
Quel corps simple peut donner le chlore ? Justifier puis dans l’alumine ?
donner le schéma de Lewis de la molécule obtenue.
8.En vous aidant de la classification périodique, citer 2.A partir de la position de
un élément ayant des propriétés similaire ? l’atome d’aluminium dans la
classification périodique des
éléments chimiques, prédire
la formule de l’ion formé
appartenant à l’élément chimique aluminium. En
déduire la structure électronique de cet ion.

3.Mêmes questions pour l’ion appartenant à l’élément
chimique oxygène.

4.A l’aide de la neutralité électrique de la matière,
justifier les nombres 2 et 3 dans la formule Al2O3.
5.Proposer un autre nom pour l’alumine.

Chapitr4 : Classification périodique des élements chimiques 65

Exercices

19 La classification de Mendeleïev et la classification Préciser les deux critères.
3.Comment sont-ils classés actuellement ?
actuelle. 4.Que signifie « universalité » dans le texte ?
5.Dobereiner avait envisagé l’existence de « triades
Le texte qui suit explique comment s’est d’éléments
progressivement construite l’idée de classification des Que signifie le terme « triade »? Il s’agit
éléments chimiques :
Proposition 1 : d’un jeu de société russe très prisé à
C’est Johann DOBEREINER, un chimiste russe, qui l’époque.
a établi le premier, en 1817, un rapport entre la
masse atomique des éléments et leurs propriétés. Proposition 2 : d’une série de trois éléments.
Il envisageait l’existence de « triades » d’éléments
comparables tels que le chlore, le brome et l’iode, Proposition 3 : d’éléments triés.
constatant que la masse atomique du deuxième
élément était intermédiaire par rapport à celle des 6.A propos du chlore, du brome et de l’iode :
deux autres…. Où se situent ces trois éléments dans la classification
actuelle ?
C’est en 1869 que MENDELEÏEV va définir une
classification cohérente des éléments. 7.Dobereiner d’après le texte a établi un rapport
entre la masse atomique des éléments et leurs
Etudiant les 63 éléments chimiques connus à propriétés.
l’époque, le savant prend soudain conscience qu’en Peut-on penser que ce scientifique a pesé les atomes ?
les rangeant selon leur masse atomique croissante, Justifier la réponse.
se dessine une nette périodicité concernant leurs
propriétés. Pour mettre en évidence cette dernière, Utilisation de la classification périodique des
il choisit de ranger les 63 éléments verticalement éléments.
en fonction de leur masse atomique croissante. Les
rangées horizontales se succèdent régulièrement au 8.On précise que la structure électronique d’un ion
fur et à mesure que certaines propriétés chimiques possédant trois charges positives est (K)2(L)8
et physiques se répètent. a.Quelle est la structure électronique de l’atome
correspondant à cet ion ?
Pour respecter la loi périodique qu’il a ainsi mise en
place, et à laquelle il est particulièrement attaché en b.Indiquer le numéro atomique de cet élément.
vertu de l’universalité qu’il lui prête, il laisse même
certaines cases vides tout en prédisant les propriétés c.En déduire, en la justifiant, la place de cet élément
des éléments manquants grâce à celles de leurs dans la classification périodique.
voisins.
d.Utiliser l’extrait de classification ci-après pour dire
D’après un texte internet : Extrait du journal d’Archimède quel est le nom de cet élément.
(les cahiers scientifiques de l’Université des Sciences et
Technologies de Lille) 9.L’atome de silicium a pour symbole Si. Il appartient à
la même famille que le carbone (Z=6) et ses électrons
1.Dans le texte, il est fait référence au terme « sont répartis sur trois couches électroniques.
élément » a.Donner la structure électronique de l’atome de
silicium. Justifier votre réponse.
Que signifie le terme élément ? Choisir la proposition
correcte b.Enoncer la règle de l’octet.

Proposition 1 : c’est le synonyme de symbole c.En utilisant les réponses données aux questions
chimique. 9.a et 9.b, quelle molécule, parmi les trois suivantes
satisfait à la règle de l’octet ? Justifier la réponse.
Proposition 2 : il s’agit du cinquième élément.
Molécule 1 Molécule 2 Molécule 3
Proposition 3 : c’est l’ensemble des atomes ou des SiF3 SiF4 Si2F4
ions possédant le même numéro atomique.

2.Comment Mendeleïev avait-il classé les éléments
dans la classification qu’il avait élaborée à l’époque?

66 Chapitre 4 : Classification périodique des élements chimiques

Gravitation universelle 5CHAPITRE

Toutes les planètes du système solaire gravitent autour du soleil. Leur
mouvement est régi par la gravitation universelle.
)) Qu’est ce que la gravitation universelle ?

Système solaire

Compétences attendues

 Savoir que la nature du mouvement observé dépend du référentiel choisi.
 Calculer la force d’attraction gravitationnelle qui s’exerce entre deux corps à répartition

sphérique de masse, et représenter cette force.
 Savoir que la pesanteur résulte de l’attraction terrestre.
 Comparer le poids d’un même corps sur la Terre et sur la Lune.
 Utiliser un logiciel pour observer comment est modifié le mouvement d’un projectile

lorsqu’on modifie la direction du lancement ou la valeur de la vitesse initiale.

Activités

1 Choix d’un référentiel.

Le système solaire est constitué de nombreux astres, dont une étoile, le soleil, et les planètes.
Comment décrire le mouvement des astres du système solaire ?

Doc.1. Mouvement de Mars (B) dans le référentiel Doc.2. Mouvement de Mars dans le référentiel géocentrique.
héliocentrique.

Exploitation

1.Quelle est le système étudié dans le Doc.1.et le Doc.2. ?
2.La nature du mouvement de Mars dépend-t-elle de la position d’observation ? Justifier.
3.Décrire ces différentes trajectoires.
4.En utilisant un dictionnaire définir un référentiel géocentrique et héliocentrique.

2 Loi de gravitation universelle.

Dans le référentiel géocentrique, la trajectoire de la Lune est quasi circulaire de rayon 380 000 km, soit 60 fois
le rayon de la Terre.

Pourquoi la Lune continue-t-elle de tourner autour de la Terre ?

Isaac Newton, savant anglais (1642-1727) publia dans son célèbre ouvrage «Principes
mathématiques de la philosophie naturelles», la loi de gravitation universelle dont voici un
extrait :

«La lune gravite autour de la Terre, et par la force de gravité elle est continuellement
retirée du mouvement rectiligne et retenu dans son orbite. »[…]

«La force qui retient la lune dans son orbite tend vers la Terre et est inversement
proportionnelle au carré de la distance des lieux de la Lune au centre de la Terre.»[…]

«La gravité (est fonction d’une constante de gravitation universelle notée G) appartient à Doc.3. Isaac Newton.
tous corps et elle est proportionnelle à la quantité de matière que chaque corps contient.

(Ici pour la Lune, il s’agit de la masse de la lune ML et pour la Terre, la masse de la Terre MT).»

Document : Loi de gravitation universelle.

68 Chapitre 5 : Gravitation universelle

Activités

Exploitation

1. Définir le référentiel dans lequel est représenté le mouvement du centre de la Lune.
2. Quelle est la nature du mouvement du centre de la Lune dans le référentiel géocentrique ?
3. Quel est l’acteur et quel est le receveur de la force de gravité ?
4. S’agit-il d’une force d’attraction ou de répulsion ? Quel est la phrase dans le texte qui permet de
répondre à cette question ?
5. On note d la distance entre le centre de la Terre et le centre de la Lune. « La force de gravité » est-
elle proportionnelle à d, d2 ou 1/d2 ? Citer l’extrait du texte qui justifie la réponse.
6. Exploiter le texte de Newton pour écrire la formule de « la force de gravité ».
7. Calculer la valeur de la force de gravité excercée par la Terre sur la Lune. MT=5,98 x 1024 kg,
ML=7,35x 1022kg , G = 6,67x10--11 S.I., d =3,83 x 105 km

3 Le poids : une situation particulière de l’attraction universelle

En classe de neuvième, nous avons vu la relation existant entre le poids d’un objet et sa
masse.
Sur Terre, peut-on dire que la force gravitationnelle exercée par la Terre sur l’objet de
masse m est identique au poids de cet objet ?

Matériel
1 boîte de masses marquées, 1 dynamomètre

Protocole
1. Accrocher les masses m successivement au dynamomètre.
2. Pour chacune de ces masses, on mesure le poids. Les résultats
des mesures sont rassemblés dans la deuxième ligne du tableau de
l’exploitation.

Exploitation

1. Recopier le tableau et compléter la deuxième ligne.

Masse(g) 50 100 200 300 350 500

Poids(N)

Fgravi(N) Doc.4. Exemple d’un dynamomètre.

2. En utilisant la formule de la force d’attraction gravitationnelle et en supposant que la distance entre la masse
m et le centre de la Terre est égale au rayon de la Terre de valeur RT=6380 km, compléter la troisième ligne
du tableau ci-dessus.

3. Comparer les valeurs du poids (P) et de la force de gravitation (F). Conclure.

4 Lancement d’un satellite en utilisant un logiciel de pointage.

Le lancement d’un satellite s’effectue en deux phases : une phase de montée en altitudes pour sortir de
l’atmosphère, suivie d’une phase de mise en orbite.

Quelles sont les conditions à respecter pour la satellisation sur une trajectoire circulaire ?

Chapitre 5 : Gravitation universelle 69

Activités

Matériel
1 ordinateur disposant d’un logiciel SATELLITE.

Protocole

Ce TP a pour but de montrer comment lancer un satellite terrestre. Les distances données dans le logiciel sont
en km et les vitesses en m.s-1 ; les durées sont données en seconde.

1. Ouvrir le logiciel Satellites.
2. Choisir l’option 100 points affichés.
3. Choisir les conditions de lancement en
fixant :

a.l’altitude du satellite.
b. la vitesse de lancement.

4. Le bouton Lancer permet alors d’afficher
la trajectoire du projectile.
5. Effectuer une série de 5 tirs en gardant la
même altitude :

a.rentrer les valeurs : X initial = 0 ; Y initial =
30 000 km.
b. faire varier la vitesse initiale.

6. Effectuer une série de 5 tirs en gardant la
même vitesse initiale :

a.rentrer les valeurs : Vox = 2 830 m.s-1 ; Doc.5. Prise d’écran du logiciel satellite 1.
voy = 0 m.s-

b.faire varier l’altitude du satellite.

c.observer et présenter vos résultats dans le tableau ci-dessous.

Exploitation
1. Pour les valeurs X initial = 0 ; Y initial = 30000 km. Recopier et compléter vos résultats dans le tableau.

Vitesse (m.s-1) initiale 3000 3650 4000 4500 5500
Observation

2. Pour les valeurs : Vox = 2830 m.s-1 ; Voy = 0 m.s-1 Recopier et compléter vos résultats dans le tableau.

Altitude du satellite (km) 20 000 30 000 40 000 50 000 150 000
Observation

3. D’après votre observation, quelles sont les conditions pour placer un satellite sur une orbite circulaire ?

70 Chapitre 5 : Gravitation universelle

Cours

1 Différents types de référentiel

1.1. Référentiel géocentrique

Le référentiel géocentrique a pour origine
le centre de la Terre et ses axes sont
définis par rapport à des étoiles. Ce
référentiel n’est pas solidaire de la Terre
dans son mouvement de rotation autour
des pôles. Ce référentiel est un solide
imaginaire constitué de la terre et d’étoiles
suffisamment lointaines pour sembler
immobiles.

1.2. Référentiel héliocentrique

Le référentiel héliocentrique ou référentiel
de Copernic a pour origine le centre de du Doc.6. Référenciel géocentrique et héliocentrique.
Soleil et ses axes sont définis par rapport à
des étoiles lointa ines.

2 Loi de la gravitation

2.1 Définition

Deux corps A et B (à répartition sphérique) de masse mA et mB,
assimilables à des points, s’attirent mutuellement. L’attraction
qu’ils exercent l’un sur l’autre est :

proportionnelle à leur masse mA et mB.

inversement proportionnelle au carré de la distance d entre
les deux points.

Les caractéristiques des forces d’attraction gravitationnelle Doc.7. Force d’attraction gravitationnelle.
sont :

point d’application : le centre du corps A ou B.

direction : la droite (AB)

sens : la force exercée par A sur B a pour sens de B vers A, celle exercée par B sur A de A vers B.
G.mA.mB
valeur : F = AB2

G est la constante de gravitation universelle de valeur G = 6,67 10-11 S.I.

La valeur des forces est donnée en Newton (N), les masses sont mesurées en kilogramme (kg) et la distance AB
s’exprime en mètre (m).

2.2 Attraction gravitationnelle entre la Terre et un corps de petite taille

Soit un satellite de petite taille de masse MSAT, placé à la distance r du centre de la
Terre de masse MTerre.
G.MTERRE.MSAT
Les forces s’exerçant entre la Terre et le corps ont pour valeur : F = r2

Sachant que r = RTerre + h on aura donc : F = G.MTERRE.Mcorps Doc.8. Satellite en orbite.
(RTerre + h)2

Chapitre 5 : Gravitation universelle 71

Cours

3 Poids d’un objet

3.1 Définition

Le poids d’un objet est l’attraction qu’il subit au voisinage de la Terre. On admettra que le poids d’un objet est la
force d’attraction gravitationnelle exercée par la Terre sur l’objet. Les caractéristiques du poids sont :

point d’application : le centre de gravité de l’objet choisi.

direction : suivant une droite passant par le centre de la Terre et le centre du corps (c’est la verticale du lieu
passant par le centre de gravité du corps)

sens : vers le centre de la Terre.

norme : il est proportionnel à sa masse P = m g où g est la valeur de la pesanteur en N/kg

3.2 Expression de g et attraction gravitationnelle

Le poids est égal à la force d’attraction de la Terre sur l’objet : P = F Terre/objet à h = 0 on aura donc :

Mcorps x g TERRE = G MTERRE Mcorps il vient donc : g TERRE = G MTERRE
R2
R2
TERRE TERRE

Conséquence :

Le poids P = m.g, dépend de l’altitude et de la latitude : plus un corps s’élève, plus son poids diminue, mais sa
masse reste constante. La Terre est un peu aplatie aux pôles, par conséquent les pôles sont moins éloignés du
centre de la Terre que l’équateur. Donc : g = 9,79 N/kg à Djibouti, g = 9,81 N/kg à Paris.

3.3 Poids d’un objet sur la Lune G MLUNE , ; gLUNE = 1,6 N/kg
Le poids sera : glune et g LUNE = R2 6 fois moins lourd
Plune = MCorps
Le rapport g TERRE LUNE

g LUNE = 6,0 donc le même corps pèsera sur la Lune que sur la Terre.

4 Trajectoire d’un objet au voisinage de la Terre

4.1 Forces exercées sur un projectile dans l’air

Dans l’air, un corps est soumis à son poids et à la force exercée par l’air sur le projectile.

Si l’on néglige les forces de frottement exercées par l’air, le projectile tombe en chute libre.

Les forces qui agissent sur un projectile en chute libre ne se compensent
pas, d’après le principe d’inertie, le mouvement du projectile ne sera pas
rectiligne uniforme.

4.2 Influence de la vitesse de lancement

Suivant la vitesse initiale, les projectiles lancés depuis la Terre peuvent avoir
deux types de trajectoires.

 Vitesse initiale nulle ou verticale dans ce cas la trajectoire sera
rectiligne mais non uniforme.

vitesse initiale quelconque dans ce cas la trajectoire sera parabolique.

4.3 Mouvement de la Lune autour de la Terre Doc.9 Mouvement d’un projectile

Dans le référentiel géocentrique (lié à la Terre sans son mouvement de rotation), le mouvement de la Lune n’est

72 Chapitre 5 : Gravitation universelle

Cours

pas rectiligne uniforme. Grâce au principe d’inertie, on peut dire que les forces qui s’appliquent sur la Lune ne se
compensent pas.
La Lune peut être considérée comme un projectile en chute libre soumis à une force dirigée vers le centre de la
Terre : la force d’attraction gravitationnelle.
Cependant, la Lune ne tombe pas car sa vitesse initiale n’est ni nulle ni
verticale. La vitesse est suffisamment grande pour qu’elle ne tombe jamais
sur la Terre et petite pour ne pas s’en éloigner : elle est sur orbite.
Si la Terre et sa force gravitationnelle disparaîssent, la Lune part en
mouvement rectiligne uniforme. La force gravitationnelle exercée par la Terre
courbe donc la trajectoire de la Lune.

Doc. 10. Mouvement de la lune.

L’essentiel du cours

1. Loi de la gravitation universelle

Dans le cas de deux corps à répartition sphérique de masse mA et mB, la valeur F de la force
G.mA.mB
d’interaction gravitationnelle a pour expression : F = AB2 où G est la constante de

gravitation (G = 6,67.10–11 SI) et AB la distance entre les centres de ces corps.

2. Poids d’un objet

le poids d’un objet est la force d’attraction gravitationnelle exercée par la Terre sur l’objet. Il a pour
caractéristiques :

 point d’application : le centre de gravité de l’objet choisi.

 direction : suivant une droite passant par le centre de la Terre et le centre du corps (c’est la verticale du
lieu passant par le centre de gravité du corps).

 sens : vers le centre de la Terre.

 norme : il est proportionnel à sa masse P = mg où g est la valeur de la pesanteur en N/kg .

La valeur de g varie en fonction de l’endroit où se trouve l’objet ; et dépend de l’altitude et de la latitude.
Le poids d’un corps sur la Terre est six fois plus important que le poids de ce corps sur la Lune.

3. Trajectoire d’un objet au voisinage de la Terre

La chute des corps sur Terre ou le mouvement des satellites résultent de la même force: la force
gravitationnelle. La trajectoire d’un satellite artificiel de la Terre dépend de la vitesse à laquelle il a été
lancé. Le lancement s’effectue en deux phases :

 une première phase de montée en altitude pour échapper aux forces de frottement de l’atmosphère.

 s uivie d’une deuxième phase de mise en orbite où la direction et la valeur de la vitesse imposent la
trajectoire ultérieure.

Pour une vitesse suffisamment élevée, la courbure de la trajectoire devient équivalente à celle de la Terre
donc l’objet est satellisé.

Chapitre 5 : Gravitation universelle 73

Exercices 3 Expression du champ de pesanteur

Connaître

1 Caractéristique de la force d’attraction

1.Soit A et B deux corps de masse respective m1 et 1.Par définition, sur la surface de la Terre le poids
m2. est égal à la force d’attraction sur l’objet, donner
l’expression de l’intensité de pesanteur g en fonction
a.Reproduire le schéma et représenter sur celui-ci les MT , RT et G.
forces d’attraction. 2.Un objet S est à l’altitude h. Exprimer g(h) en
fonction de MT, RT, h et G.
b.Donner les caractéristiques de cette force
d’attraction gravitationnelle. 4 Recopier et compléter

2.On suppose que le corps A est la Terre et le 1.Dans le référentiel …………………, la Lune décrit
corps B est la Lune. Calculez la force d’attraction approximativement un ………………………
gravitationnelle entre ces deux corps sachant que
2.Deux corps ponctuels de masses mA et mB …………
MT= 5,98x1024 kg; ML = 7,35 x1022 kg; l’un sur l’autre des forces FB/A et FA/B attractives de
dT/L=3,80 x105 km. même ………. , de même ……….. mais ………… opposé.

2 Répondre par vrai ou faux et corriger les 3.Dans l’air, un corps est soumis à son …….. et à la
force exercée par l’air sur ……..
propositions fausses
4.Le poids ou pesanteur terrestre résulte de
1. L’interaction gravitationnelle entre deux corps l’attraction exercée par la …….. sur les objets qui
ponctuels de masses MA et MB se traduit par la l’entourent.
G.MA.MB
relation : FA/B = FB/A = d 5.Dans l’Univers la loi de …………… est vérifiée avec
une grande précision par l’étude de…………… des
2.La Lune attirée par la Terre ne tombe pas sur planètes.
la surface de celle-ci car elle possède une vitesse
suffisante pour être satellisée. 5 Ça tombe dans quel sens

3.On donne g = 9,80 N/kg. Un corps de masse 1.Qu’est-ce qu’un corps en chute libre ?
m = 10 g possède un poids P = 98 mN. 2.On lance un objet avec une vitesse initiale verticale.
4.Un objet de masse m = 10 kg sur Terre a pourtant A quelle(s) force(s) est-il soumis ? Dessinez la
un poids de même valeur sur la Lune. trajectoire de ce projectile.
5.La trajectoire d’un satellite artificiel de la Terre 3.Si on le lance avec une vitesse initiale oblique vers
dépend de la vitesse à laquelle il a été lancé. le haut .A quelle(s) force(s) est-il soumis ? Dessinez la
trajectoire de ce projectile
4.Un objet est lâché ou lancé au voisinage de la Terre.
Préciser dans chaque cas ce qu’il faudrait modifier
pour permettre à l’objet de faire le tour de la Terre.

a bc d

74 Chapitre 5 : Gravitation universelle

Exercices

6 QCM Appliquer

Choisir une ou plusieurs réponses parmi celles 7 Chute libre de la bille
proposés
On place une bille sur un bureau, près de l’un de ses
1.Un objet qui n’est soumis à aucune force peut avoir : bords puis on propulse la bille en lui communiquant
a.un mouvement rectiligne accéléré. des vitesses initiales différentes. On obtient trois
b.un mouvement rectiligne uniforme. trajectoires A, B et C voir schéma ci-dessous.
c.un mouvement circulaire uniforme.
2.Une météorite se déplace dans l’espace et 1.Décrire, le mouvement de la bille après qu’elle ait
s’approche de la Terre. Que peut-il se passer ? quitté la table dans les 3 situations.
a.La météorite est repoussée par la Terre. 2.Après qu’elle ait quitté la table, pourquoi la bille
peut-elle être considérée en chute libre ?
b.La météorite est attirée par la Terre, s’en rapproche, 3.Comment varie la distance parcourue par la bille si
mais l’évite. la vitesse initiale augmente ?
4.De quoi dépend le mouvement d’un projectile ?
c.La météorite est attirée par la Terre, s’en rapproche, 8 De la Terre à la lune
et s’écrase. Un homme de masse m = 70,0 kg se promène au Day
situé à une altitude de 1100 m.
3.Io est un satellite de Jupiter. Il décrit une trajectoire 1.Déterminer la force de pesanteur qui s’exerce sur
quasi-circulaire autour de Jupiter car : lui. Quels noms donne-t-on à cette force ?
a.il est repoussé par Jupiter. 2.Calculer la force qu’exercerait la Lune sur cet
b. il est attiré par Jupiter et possède une vitesse homme s’il se promenait à la surface de la Lune.
adaptée pour décrire cette trajectoire. (altitude lunaire 0 m). La comparer à celle de la Terre.
4.Supposons que l’on découvre une planète de même 3.Déduire de la question 2 l’intensité de la pesanteur
masse que la nôtre, mais dont le rayon serait le gL à la surface de la Lune.
double. Données : Lune : rayon : 1738 km masse : 7,35 x 1022 kg
Quelle serait l’intensité de son attraction, à sa surface, Terre : rayon 6370 km masse : 5,98 x 1024 kg
par rapport au cas terrestre ? 9 Satellite de télécommunication
Dans le référentiel géocentrique, un satellite de
a.Le double télécommunication de masse M sat = 2500 kg décrit
une orbite circulaire à une altitude z = 35500 km.
b.La moitié 1.Que signifie référentiel « géocentrique » ?
2.A quelle distance d (en m) du centre de la Terre se
c.Quatre fois plus faible situe le satellite ?

d.Quatre fois plus forte

e.Identique
5.La masse de la Lune est environ 81 fois plus faible
que celle de la Terre. Le rayon lunaire est environ 3,7
fois plus faible. On néglige les effets de la rotation de
ces astres sur eux-mêmes. L’intensité de la pesanteur
terrestre, au niveau du sol, est d’environ g = 9,81N.kg-1.

Que vaut l’intensité de la pesanteur lunaire au niveau
de son sol (en N.kg-1) ?

a.9,80/81

b.9,80/3,7

c.1,6

d.9,81/(3.7)²

e.36,26

Chapitre 5 : Gravitation universelle 75

Exercices

3.Calculer l’intensité de la force d’ attraction de bowling et les deux vecteurs force sans soucis
gravitationnelle exercée par la Terre sur le satellite ? d’échelle.
Donnée : masse de la Terre : MT = 5,98x1024 kg ;
rayon de la terre : RT = 6,38x103 km ; constante de 4.Calculer la valeur de F, sachant que G = 6,67 ×10- 11
gravitation : G=6,67x10-11 SI SI (unités du système international).
10 Un satellite artificiel autour de la Terre
Un satellite artificiel de masse m = 1050 kg gravite 5.Calculer la valeur P du poids d’une boule, en
autour de la Terre à une altitude h = 900 km en prenant g = 9,80 N .kg-1.
décrivant une trajectoire circulaire à vitesse constante.
1.Quelle est la force qui s’exerce sur le satellite ? 6.Faire le rapport de F et P et commenter l’influence
2.Donnez son expression en fonction du rayon de respective de F et de P sur une boule.
la Terre RT , de l’altitude h, de la masse de la Terre
MT et de la masse du satellite m. Calculez sa valeur 12 La retransmission TV
numérique.
3.Quels doivent être la direction et le sens de cette La retransmission de la finale du coupe du 27 juin est
force afin que la trajectoire du satellite puisse être faite grâce à un satellite de télécommunication. Dans
circulaire uniforme ? Dessinez sans souci de l’échelle, un référentiel géocentrique, un tel satellite (masse
cette force sur un schéma. msat = 2500 kg) décrit une orbite circulaire à une
altitude h = 35700 km.
4.Le satellite exerce-t-il une force sur la Terre ? Si oui,
quelle est sa valeur? 1.Qu’est-ce qu’un référentiel géocentrique ?
Données : Masse de la terre : MT = 5,98 x 1024 kg
Rayon de la terre : RT = 6,338 x 103 km 2.Donner l’expression de la force de gravitation que
Constante de gravitation : G=6,67 x 10-11SI subit le satellite.
11 boules de bowling
Deux boules de bowling de masses m1 et m2 égales 3.Calculer la valeur de la force gravitationnelle exercée
à 6 kg sont posées sur le sol. Leurs centres sont par la Terre sur le satellite.
distants d’une distance d = 50 cm.
1.Rappeler l’expression de la valeur F de la force 4.Représenter cette force sur un schéma.
gravitationnelle attractive exercée par la boule n°1 sur
la boule n°2. 5.On considère à présent que le satellite perd
2.Comparer le vecteur force exercée par la boule n°1 lentement de l’altitude. Calculer la valeur de la force
sur la boule n°2, au vecteur force exercée par la boule h
n°2 sur la boule n°1. gravitationnelle lorsque l’altitude du satellite vaut 2
3.Représenter sur un schéma les deux boules
Données : MTerre = 5,98 x1027g ; RT = 6400 km.

13 Cosmonaute et sa combinaison

Un cosmonaute équipé de sa combinaison spatiale a
une masse de 120 kg.

Données : gT = 9,8 N.kg-1 ; gL = 1,6 N. kg-1.

1.Déterminer la valeur du poids PT sur Terre de ce
cosmonaute équipé.
2.Déterminer la valeur du poids PL sur la Lune de ce
cosmonaute équipé.
3.Déterminer la valeur de la masse m’ qu’aurait un
objet dont le poids sur Terre serait égal à PL. Commenter
14 L’alpiniste du mont Moussa Ali

Un alpiniste entreprend l’escalade du mont Moussa
Ali. A un instant donné de son ascension, il se trouve a
l’altitude z = 2010 m (mesurée à partir du niveau de
la mer). L’alpiniste, avec son équipement, a une masse
m = 80,0 kg.

1..Rappeler l’expression de la force d’attraction
gravitationnelle exercée sur l’alpiniste.

76 Chapitre 5 : Gravitation universelle

Exercices

2.Compte tenu de l’égalité du poids P à cette force l’intensité de la pesanteur à l’endroit où se trouve le
exprimer en fonction de G, MTerre la masse de la Terre, satellite.
RT son rayon moyen et z l’altitude à laquelle se trouve
l’alpiniste, l’intensité de pesanteur g que l’alpiniste 1.Rappeler l’expression mathématique de la force
subit. d’attraction gravitationnelle exercée sur le satellite.

3.Comment varie g en fonction de l’altitude? Justifier. 2.Exprimer r en fonction de RT et h.
G MT
4.Calculer la valeur de g à 2010 m. 3.Montrer que g(h) = (RT + h)2

5.Quelle sera son poids à cette l›altitude z ?

Données :MT = 5,98 x 1024kg RT = 6,38 x 103km 4.A l’aide de l’expression de la question 3, établir
l’expression de g(0), c’est-à-dire l’expression du champ
15 Titan et Saturne
de pesanteur g à la surface de la Terre.

Titan est l’un des 34 satellites connus de Saturne. Il a 5.Montrer alors que g(h) = g(0) R2T .
été exploré pour la première fois en 2010. (RT + h)2

1.Calculer la valeur des forces d’interaction 6.En vous aidant de l’expression donnée ci-dessus et
gravitationnelle s’exerçant entre ces deux astres, en des données suivantes, en déduire la valeur de g(h)
exprimant le résultat en écriture scientifique et en
ne conservant que le nombre de chiffres significatifs sachant que g(0) = 10 N/kg ; h = 200 km et
adapté.
RT = 6400 km.
2.Quelles sont les autres caractéristiques de ces deux 7.À l’aide du résultat précédent, calculer maintenant la
forces ? valeur de la force qui s’exerce sur le satellite.

mS = 965 kg.

3.Représenter ces forces sur un schéma en précisant 17 Jupiter et Io
l’échelle utilisée.
La plus grande planète du système solaire, Jupiter est
4.La pesanteur à la surface d’un astre de masse M et aussi celle qui s’entoure d’un plus grand nombre de
GM satellites naturels puisqu’elle en possède 63 connus.
de rayon R est donnée par la relation g= R2 Galilée découvrit les quatre plus grandes lunes de
Jupiter : Io, Europe, Ganymède et Callisto. Elles ont
Quelle est la valeur de la pesanteur à la surface de été ensuite nommées les « lunes galiléennes » en son
honneur.
Titan et à la surface de Saturne ?
1.Donner la relation permettant de calculer la force
5.Quel est le poids d’un objet de masse m = 5,00 kg à d’attraction gravitationnelle s’exerçant entre deux
la surface de Titan ? A la surface de Saturne ? corps de masse m1 et m2 séparés par une distance d.
Préciser les unités.
6.Quel est le poids de ce corps à la surface de la Terre ? 2.Calculer la valeur de la force d’attraction
gravitationnelle FJ/IO exercée par Jupiter sur Io.
masse de Saturne MS = 5,688x1026kg 3.Représenter en vert la force sur un schéma dessiné
rayon saturne RS = 6,03x104km sur votre cahier à l’échelle : 2 cm pour 1,0x1023 N.
masse de Titan MT = 1,31x1023kg 4.Que peut-on dire de la force d’attraction
rayon de Titan RT = 2,58x103 km FIO/J gravitationnelle exercée par Io sur Jupiter ?
distance Titan - Saturne DT-S = 1,2.106 km Représenter en bleu la force sur le schéma avec la
masse de la Terre MT = 5,97x1027 kg même échelle.
rayon de la Terre RT = 6,37x103km 5.Pourquoi le satellite Io ne tombe par sur Jupiter alors
G = 6,67.10-11 SI gTERRE = 9,81N.kg-1 que Jupiter l’attire ?

16 Etude d’un satellite artificiel Données : Masse de Jupiter : mJ = 1,9x1027 kg
Masse de Io : mI = 8,93 x 1022 kg
On s’intéresse au mouvement d’un satellite artificiel
S, de masse ms, en orbite circulaire (rayon r) autour
de la Terre de masse MT, de rayon RT et de centre
O. On suppose que la Terre est une sphère et que le
satellite peut être assimilé à un point. Le satellite S
est à l’altitude h. On appelle Fsat la force qu’exerce la
Terre sur le satellite. Cette force dépend de la position
du satellite et on pose Fsat = msat g(h). On note g(h)

Chapitre 5 : Gravitation universelle 77

Exercices

Constante de gravitation G = 6,67 x 10-11 SI ci a fait un tour complet autour de la Terre est égale au
Distance moyenne entre les centres de Jupiter et de périmètre d’un cercle. Quelle est l’expression littérale
Io: d = 4,22 x 105 km de la distance d ? Calculer sa valeur numérique.

Analyse 4.Le satellite, dont la vitesse est constante, fait un
tour sur son orbite en 5h47min. Calculez cette vitesse
18 Les trajectoires des planètes autour du Soleil.
On donne :G = 6,67 x 10-11 N.m2.kg-2
La figure ci-contre représente les trajectoires des Masse du Satellite : mS = 500 kg
planètes Neptune, Uranus et Saturne autour du Soleil. Masse de la Terre : MT = 5,98 x 1024kg
Ces différents astres sont considérés à répartition Altitude du Satellite : h = 10,0 x 103km
sphérique de masse. Rayon de la Terre RT = 6,38 x 103km
1.Quelle est le référentiel qu’on doit choisir pour
étudier les trajectoires 20 De la pomme au système solaire
des planètes autour du
Soleil. Un élève de seconde veut essayer de comprendre la
relation entre la force mise en jeux lors de la chute
2.Déterminer les d›une pomme sur la Terre et la forces agissant sur les
valeurs des forces planètes du système solaire. A partir des recherches
effectuées par cet élèves, voici quelques données
d’interaction concernant les planètes du système solaire, affinées
grâce aux missions Voyager 1 et 2.
gravitationnelle

s’exerçant sur Neptune,

dues aux actions

du Soleil, notée F1, Mercure Vénus Terre Mars
d3tir’.UeCrraadlnceuulcsee,rsnleoréstésreualpFtap2 toesrtt?dseFF12Saetut rnFF31e,. notée F3. 3,33x1023 4,90x1024 5,98x1024 6,58x1024
Quelle conclusion Masse
(kg) 2439 3397
Rayon 6052 6378
R (km) 3,70 3,71
G = 6,67 x 10-11 N.m2.kg-2 Valeur 8,74 9,78
g (N/kg)

Distance Distance Distance 1.Pour chaque planètes, calculer le rapport y = g / M.
Soleil-Neptune Uranus-Neptune Saturne-Neptune Placer les résultats dans un tableau.
4500 millions 2075 millions 3200 millions 2.Calculer le terme x = 1 / R² avec le rayon dans
de km de km de km l›unité légale (en mètre) et noter les valeurs dans le
tableau précédent.
Les masses en kg 3.Tracer la droite moyenne correspondant à la
représentation graphique de y en fonction de x.
Soleil Saturne Uranus Neptune Jupiter 4.Calculer la pente de la droite.
1,98.1030 5,69.1026 9,70.1025 1,03.1026 1,90.1027 5.A partir du graphique et de la valeur de la pente,
donner une relation entre g, R et M.
19 La vitesse d’un satellite
21 Navette lunaire
On considère un satellite de masse m en rotation
autour de la Terre, à une altitude h constante. On considère vaisseau spatial de masse m = 1 800 kg
se déplaçant de la Terre vers la Lune. On appelle:
1.Quel est le référentiel adapté à l’étude de ce
mouvement et quelle est la trajectoire du satellite ● d T - V la distance du centre de la Terre à le vaisseau,
dans ce référentiel ? ● d L - V la distance du centre de la Lune à la vaisseau.
● D T - L la distance du centre de la Terre à la Lune.
2.Quelle est la force exercée par la Terre sur ce
satellite ? Donnez son expression et calculez sa valeur.

3.La distance d parcourue par le satellite quand celui-

78 Chapitre 5 : Gravitation universelle

Exercices

1.Exprimer la force d’attraction gravitationnelle 1.Quelle est la nature de la force qui maintient le
exercée par la Terre sur le vaisseau en fonction satellite au voisinage de la Terre ?
notamment de dT - V.
2.Pourquoi ne tombe-t-il pas ?
2.Exprimer la force d’attraction gravitationnelle
exercée par la Lune sur vaisseau en fonction 3.Le récepteur GPS reçoit un signal électromagnétique
notamment de d L - V. émis d’un satellite 93,5ms après son émission.
3.Exprimer cette même force d’attraction Calculer à distance du satellite se trouve le récepteur.
gravitationnelle exercée par la Lune sur le vaisseau en
fonction notamment de d T - N et D T - L. 4.En déduire la valeur numérique de la force qui
4.A quelle distance d0 de la Terre les deux forces s’exerce sur le satellite.
d’attraction précédentes auront-elles la même valeur ?
Cette distance d0 dépend-t-elle de la masse du 23 Mise en orbite d’un satellite artificiel.
vaisseau ?
Le premier lanceur Ariane est une fusée à trois
Donnée étages dont la hauteur totale est de 47,4 m et qui
pèse, avec sa charge utile (satellite), 200 tonnes au
Masse de la lune ML 1 décollage. Le premier étage qui fonctionne pendant
= = ∆t = 145 secondes est équipé de 4 moteurs Viking
V alimentés par du peroxyde d’azote N2O4 (masse de
Masse de la terre MT 83 peroxyde emportée: 145 tonnes).

Distance Terre - Lune DT - L = 3,80 x 105 km Au bout de ∆t = 145 secondes les 145 tonnes de

22 Navigation par satellite : le GPS peroxyde emporté sont consommés. La vitesse

Le GPS (Global Positioning System) est un système d’éjection Ve des gaz issus de la combustion du
de localisation par satellite mis en place par le peroxyde d’azote est donnée par la relation
Département américain de la Défense, dans ∆t
les années 1970. Il permet de déterminer les Ve = ∆m xF L’intensité de la force de poussée
coordonnées géographiques d’un point situé n’importe
où dans le monde. A chaque instant, chaque satellite totale F de ces 4 réacteurs est constante pendant
GPS de masse mGPS = 250 kg envoie des impulsions leur fonctionnement: elle vaut F = 2500 kN. Ce
codées vers la Terre. Le récepteur embarqué dans la lanceur peut mettre en orbite circulaire basse de
voiture, qui reçoit les impulsions d’un satellite donné 200 km d’altitude un satellite de 4850 kg; il peut
peut, en mesurant la durée mise par les impulsions également placer sur une orbite géostationnaire un
pour l’atteindre, déterminer sa distance par rapport satellite de 965 kg; il peut aussi être utilisé pour
au satellite. Les signaux émis sont des signaux placer en orbite héliosynchrone des satellites très
électromagnétiques de même nature que celle de la utiles pour des applications météorologiques.
lumière. Ils se propagent avec la même vitesse égale à
3,00x108 m/s. D’après Encyclopedia Universalis (1998)

1.Quelle est l’origine de la force motrice agissant sur le
lanceur (la fusée) ?

2.Sachant que ∆m représente une variation de masse,
c’est-à-dire la différence entre la masse du lanceur
au cours des 145 premières secondes de montée et
la masse initiale de ce satellite. Quelle est le signe de
∆m ?

3.En déduire le sens de Ve ?

4.Calculer la vitesse d’éjection des gaz issus de la
combustion.

5.Quelle va être l’évolution de la vitesse du lanceur

Chapitre 5 : Gravitation universelle 79

Exercices

Ariane au cours de sa montée ? 5.Réécrire cette phrase en utilisant un vocabulaire
6.Chercher dans une encyclopédie la définition d’une scientifique rigoureux.
orbite géostationnaire. 6.Calculer la force de gravitation exercée par le soleil
sur chacune des 2 planètes.
24 Physique sur mars 25 Satellite géostationnaire
Un satellite géostationnaire a la particularité de rester
Le dialogue suivant est extrait d›une nouvelle de Guy fixe par rapport à un point de la Terre.
de Maupassant : L’homme de mars 1887 Ceci nécessite qu’il fasse le tour de la Terre avec une
même période (géosynchrone) que la Terre :
  […] des canaux de 100 km de largeur. Il a fallu T = 23 h 56 mn 4,1 s = 86164,1 s. La distance de ce
de rudes ouvriers pour les creuser. satellite au centre de la Terre doit être d = 42164,68 km.

  Oh, Monsieur, que dites-vous là ? Vous ignorez Donnée : masse Terre MT = 5,98.1024 kg.
donc que ce travail est infiniment plus aisé sur 1.Sa trajectoire peut-être décrite comme circulaire
Mars que sur la terre, puisque la densité de ses dans le référentiel géocentrique. Rappeler ce qu’est ce
matériaux constitutifs ne dépasse pas le 69ème des référentiel.
nôtres ! L’intensité de la pesanteur y atteint à peine 2.Quelle est la distance parcourue par ce satellite en
le 37ème de la nôtre. Un kilogramme d’eau n’y pèse une période ?
que 370g !

Il me jetait ces chiffres avec une telle assurance,
avec une telle confiance de commerçant qui sait la
valeur d’un nombre, que je ne pus m’empêcher de
rire tout à fait et j’avais envie de lui demander ce
que pèsent sur mars le sucre et le beurre.

- Vous riez, Monsieur, vous me prenez pour un
imbécile après m’avoir pris pour un fou. Mais
les chiffres que je vous cite sont ceux que vous
trouverez dans tous les ouvrages spéciaux
d’astronomie. […]

Planète Diamètre Masse en kg Distance au
en km Soleil en km
Terre 1,276.104 5,97.1024 1,496.108
Mars 0,679.104 6,42.1023 2,279.108

Constante universelle de gravitation : G = 6,67.10-11 SI 3.Quelle est sa vitesse moyenne ?
Intensité de la pesanteur sur le sol terrestre : g = 9,81 N.kg-1 4.D’après le principe d’inertie, les forces exercées sur
Masse du Soleil : 1,98.1030 kg ce satellite se compensent-elles ?
1.Exprimer la force à laquelle est soumis un objet de 5.Quelle est la force principale qui maintient le satellite
masse m à la surface d›une planète. sur son orbite ?
6.Calculer cette force si le satellite a une masse
2.Donner l›expression de l›intensité de la pesanteur m = 550 kg.
sur le sol de Mars. Calculer sa valeur. 7.Si cette force disparaissait (!) quel serait le type de
mouvement du satellite ?
3.Confronter cette valeur à l’affirmation du texte la
concernant.

4.Critiquer l’affirmation : « Un kilogramme d’eau n’y
pèse que 370 g «.

80 Chapitre 5 : Gravitation universelle

Spectres de la lumière 6CHAPITRE

Toutes les étoiles que l’on observe dans le ciel ne sont pas

identiques. Plusieurs paramètres les caractérisent, leur
luminosité, leur couleur, leur température, leur composition.
Le seul moyen que nous avons pour connaître ces paramètres

est d’étudier la lumière que ces étoiles émettent.

)) C omment la lumière peut-elle nous renseigner sur la composition
et la température d’une étoile ?

L’Univers

Compétences attendues
 Utiliser un prisme pour décomposer la lumière blanche.
 Distinguer un spectre d’émission d’un spectre d’absorption.
 Savoir qu’un corps chaud émet un rayonnement continu.
 M ettre en œuvre un dispositif expérimental permettant de montrer l’évolution du spectre

continu d’un corps chaud en fonction de la température.

 S avoir qu’une radiation monochromatique est caractérisée par sa longueur d’onde dans

l’air et dans le vide.

 Identifier une entité chimique à partir de l’étude de son spectre.
 I nterpréter le spectre de la lumière émise par une étoile : température de surface et entité

chimique présente dans l’atmosphère de l’étoile.

 Connaître la composition chimique du soleil.

Activités

1 Décomposition de la lumière blanche

La lumière blanche est l’ensemble des radiations visibles par l’œil humain. Les longueurs d’onde de ces
radiations sont comprises entre 400 nm (violet) et 800 nm (rouge). Lorsque la lumière du Soleil, supposée
blanche, se décompose en traversant des gouttelettes d’eau après un tombé de pluie on observe un arc en ciel.

Comment expliquer ce phénomène ?
Expérience n°1 : Etude du spectre d’émission du laser.

Matériel
1 laser, 1 prisme en verre et 1 écran.

Attention : Il ne faut jamais regarder directement la sortie
d’un laser.
Le faisceau laser peut endommager gravement la rétine et
conduire à la cécité.

Protocole

1. Plaçons l’écran en face du laser.
2. Interposons sur le trajet de la lumière un prisme.

Exploitation Doc.1.Déviation du rayon par un prisme
Quel est l’effet du prisme sur la lumière du laser ?
Expérience n°2. Etude du spectre d’émission de la
lumière blanche.

Matériel  Doc.2.a. Décomposition de la lumière blanche par un
prisme
1 source de lumière blanche (lampe à incandescence); 1 fente,
1 prisme en verre; 1 lentille convergente et 1 écran.

Protocole

1. Placer la fente devant la source de lumière blanche puis
placer la lentille de façon à converger tous les rayons
lumineux sur une des faces du prisme (en faisant en sorte
qu’ils ressortent par une autre face).

2. T ourner le prisme afin d’obtenir une figure colorée nette sur
l’écran.

Exploitation

1. Qu’observe-t-on sur l’écran ?
2. Dessiner la figure colorée observée sur l’écran.
3. Quel est l’effet du prisme sur la lumière blanche ?
4. I ndiquer les différences par rapport au premier spectre issu

du laser
5. Q uelle est la couleur la plus déviée à la sortie du prisme ?

Quelle est celle qui est la moins déviée ?

Doc.2.b.Décomposition de la lumière blanche par un
prisme

82 Chapitre 6 : Spectres de la lumière

Activités

2 Evolution du spectre avec la température

Le passage du courant électrique à travers un filament en tungstène fait chauffer ce dernier.
Comment évolue le spectre donné par le filament en tungstène en fonction de la température ?

Matériel
1 lampe à incandescence; 1 rhéostat, 1 ampèremètre;1 générateur de tension variable( prise de l’EDD); 1
interrupteur ; 1 réseau, des fils de connexion et 1 écran

Remarque :
On peut aussi se servir d’un réseau pour décomposer
une lumière blanche.
Il est constitué d’une série de fentes très fines et très
rapprochées.

Protocole Doc.3. Montage de l’évolution du spectre
avec la température
1. Réalisons le montage du schéma ci-contre.
2. Réglons le rhéostat pour que l’éclat de la lampe soit maximal.
3. Diminuons progressivement l’éclat de la lampe en agissant sur le
curseur du rhéostat.

Exploitation

1. A partir de vos connaissances et des indications de l’ampèremètre, comment évolue la température du
filament de la lampe lorsque l’intensité du courant dans le filament diminue ?

2. C omment évolue le spectre de la lumière émise par la lampe lorsque l’intensité du courant dans le filament
diminue ?

3. Comment la température influe t-elle sur le spectre émis par le filament de la lampe ?

3 Application à l’astrophysique

Chaque étoile a sa signature lumineuse que l’on peut obtenir en observant sa lumière à travers un prisme.
Comment les scientifiques utilisent-ils le spectre d’une étoile pour déterminer sa composition
chimique et sa température ?

3.1. Détermination de la composition chimique d’une étoile: Soleil

Pour déterminer la composition chimique d’une étoile, on compare le spectre d’absorption de
l’étoile à un spectre d’émission de référence d’un élément dont toutes les longueurs d’onde sont
connues.
A l’aide des longueurs d’ondes connues de ce spectre d’émission, il est possible de déterminer les
longueurs d’onde des raies d’absorption du spectre de l’étoile.
Il suffit ensuite de comparer ces résultats avec des tables de longueurs d’onde de spectres
d’éléments pour déterminer la liste des éléments qui compose l’atmosphère de l’étoile

Document : Comment étudier un spectre

Chapitre 6 : Spectres de la lumière 83

Activités

Doc. 4. Spectre d’émission de l’argon et spectre d’absorption du Soleil

Le spectre d’émission de l’argon sert de référence pour l’étude du spectre d’absorption du Soleil.
Le spectre représenté ici est une reproduction simplifiée de celui du Soleil (l’original est en couleurs,
et présente davantage de raies).

Protocole

Étude du spectre de l’argon

Mesurer, en mm, les distances L entre la raie d’émission de 450 nm et les autres raies d’émission.
Étude du spectre du Soleil

Mesurer les distances, en mm, entre la raie d’émission de 450 nm et les différentes raies
d’absorption du spectre du Soleil.
Exploitation 

1. Étude du spectre de l’argon

L (mm) 0

λ (nm) 450 470 560 603 642 667

Doc. 5.Tableau des mesures

a. Recopier et compléter le tableau sur votre cahier.
b. Tracer la courbe d’étallonage λ en fonction de L.

Échelle : Abscisse : 1 cm pour 10 mm ;
Ordonnée : 1 cm pour 10 nm (origine des ordonnées à 450 nm.)

2. Étude du spectre du Soleil

Raie : 12345678

L (mm)

λ (nm)

Entité chimique

Doc. 6. Tableau des mesures

a. Déterminer à l’aide de votre courbe d’étalonnage, la longueur d’onde λ de chaque raie.
b. Recopier et compléter le tableau (Doc.6) sur votre cahier.

3. Analyse du spectre du Soleil
84 Chapitre 6 : Spectres de la lumière

Activités

a. A partir des données figurant dans le tableau (Doc.7) (et si c’est possible), rechercher pour chaque
espèce chimique la présence de ses raies dans le spectre de l’atmosphère du Soleil. (Une raie ne
peut être attribuée qu’à un seul élément)
b. En déduire la composition de l’atmosphère du Soleil.
On tolère des écarts de ± 2 nm à cause des défauts de reprographie et des défauts de votre courbe
d’étalonnage.

H He He+ Na Mg Mg+ Ca Ca2+ Ti Mn Fe Ni
438,3 508,0
410 447 468,6 589,0 516,7 280 422,7 396,8 466,8 403,6 489,1
491,9
434 471 589,6 517 448 458,2 469,1 495,7
532,8
486 ,1 493 518 526,2 498,2 537,1
539,7
656,3 502 527

505

588

668

Doc.7. Longueurs d’onde (en nm) de certaines raies caractéristiques de quelques entités chimiques.

3.2. Température des étoiles

La loi de Wien relie la longueur d’onde λm (correspondant au maximum d’intensité lumineuse du spectre de

l’étoile) à la température θ en dégré Celsius de l’étoile :

θ (°C) 2500 4500 6500 8500 10500 12500 14500 16500 18500 19500

1/λ(μm-1)

λ (μm) 1,114 0,647 0,456 0,352 0,287 0,242 0,209 0,184 0,165 0,156

Doc.8. Tableau des valeurs.

Matériel
1 PC muni du logiciel EXEL.

Protocole

1. Ouvrir le logiciel Tableur EXEL.

2. Entrer les valeurs de λ (m) et Tθ (°C).

Exploitation
1. Calculer les valeurs de 1/λ

2. Tracer le graphe θ = f(1/λ) et modéliser la courbe obtenue.
3. En déduire la loi de WIEN liant λ et θ :

λm x (θ + 273) = ………….. avec λm (en μm) et θ (en dégré Celcius)

4. C alculer la température d’une étoile pour laquelle λm ≈ 0,400 μm (maximum d’émission dans le bleu)
5. C alculer la température d’une étoile pour laquelle λm ≈ 0,700 μm (maximum d’émission dans le rouge).
6. C hercher sur internet les couleurs des étoiles Bételgeuse et Rigel. En déduire l’étoile qui a la température de

surface la plus élevée.

Chapitre 6 : Spectres de la lumière 85

Cours

1 Dispersion de la lumière blanche par un prisme.

1.1 Expérience de Newton (1642 – 1727).

Lorsqu’on éclaire une des faces d’un prisme
avec une lumière rouge du laser, on observe
que celui-ci dévie la lumière du laser.

La figure observée sur l’écran est appelée
spectre de raie. Elle contient la même
lumière rouge du laser.

Ce type de lumière est qualifié de Doc. 9. Déviation du rayon par un prisme
monochromatique (mono : une seule, chrom :
couleur) car il n’y a qu’une seule couleur ou
Radiation dans son spectre.

Lorsqu’on éclaire maintenant le prisme avec Doc. 10.a. Décomposition de la lumière blanche par un prisme.
la lumière blanche, on voit apparaître à
l’écran, une succession continue des sept
principales couleurs de l’arc-en-ciel (rouge,
orange, jaune, vert, bleu, indigo et violet).

On dit que le prisme disperse la lumière
blanche. La figure obtenue à l’écran est
appelée spectre continu.

Avec le prisme, le rouge est moins dévié et le Doc. 10.b. Spectre d’une lumière blanche.
violet est plus dévié.

Ce type de lumière est qualifié de polychromatique (poly : plusieurs, chrom : couleur) car il y a plusieurs couleurs
ou radiations dans son spectre.

1.2. Domaine du visible.
L’œil humain n’est capable de percevoir que les radiations lumineuses dont la longueur d’onde est
comprise entre 400 nm (violet) et 800 nm (rouge).

Doc.11. Rayonnement électromagnétique.
1.3. Radiation et longueur d’onde.

Une lumière monochromatique est constituée d’une seule radiation. Elle ne peut pas être décomposée par
un prisme car chaque radiation est caractérisée par une longueur d’onde λ bien précise dans le vide ou l’air.
Une lumière polychromatique est un mélange de plusieurs radiations. Elle est caractérisée par plusieurs
longueurs d’onde, donc peut être décomposée par un prisme.

86 Chapitre 6 : Spectres de la lumière

Cours

2 Spectres

2.1.Spectre d’émission.
a. Définition

L orsqu’une lumière blanche traverse un prisme, elle donne une figure colorée sur l’écran appelée
spectre(Doc.12).

Un spectre d’émission est un spectre produit directement par la lumière émise par une source.

b. Spectre continu d’émission.

Tout corps porté à chaud (solide, liquide ou gaz à haute Doc.12. Spectre continu d'émission
pression) émet une lumière dont le spectre est continu.

( Voir activité I, expérience n°1)

c. Spectre et température

Le spectre de la lumière d’une lampe à incandescence, Doc.13. Spectre continu d'émission en fonction de la
constituée d’un filament en tungstène, est continu ( Voir température
l’activité n° 2). A «basse» température, il ne comporte que
des radiations rouges.

Plus on augmente la tension électrique, et donc la température du filament, plus le spectre s’enrichit en
radiations orange, puis jaune, puis verte, puis bleue, puis indigo, puis violette.
Ici on a T1 < T2 < T3

Doc.14.a.Spectre pour une forte intensitié du courant (tem- Doc.14.b. Spectre pour une faible intensité du courant
pérature forte). (température faible).

d. Spectre de raies d’émission

Un corps chaud émet un rayonnement dont le spectre s’enrichit en
longueurs d›ondes courtes (bleu et violet) lorsque sa température
augmente.

Les spectres de raies d’émission sont des spectres d’émission
discontinus. Le spectre donné par une lampe à vapeurs métalliques
(lampe à vapeur de sodium ou à vapeur de mercure…etc.…) est un
spectre de raies d’émission.

Doc.15.a. Générateur de lampe à vapeur.

Chapitre 6 : Spectres de la lumière 87

Cours

Doc.15.b. Montage pour réaliser un spectre de raies d’émission.

Les deux spectres du Doc.16. et du Doc.17. ne Doc.16. Spectre d’émission d’une lampe à vapeur de mercure.
comportent pas toutes les couleurs de l’arc en ciel. Doc.17. Spectre d’émission d’un lampe à vapeur de soduim
Ils ne présentent que quelques radiations
monochromatiques séparées par des zones noires.
Ils sont discontinus.

Ce sont des spectres de raies d’émission.

Chaque élément chimique possède un spectre de raies qui lui est propre. Ce spectre constitue la signature
d’une espèce chimique.

2.2.Les spectres d’absorption.
a. Spectres de raies d’absorption

Doc.18. Montage pour réaliser un spectre de raies d’absorption..

Le spectre obtenu ressemble à celui de la lumière blanche, Doc.19. Spectre d’absorption du mercure.
mais il est privé de quelques raies très fines. Les raies Doc. 20. Spectre d’absorption du soduim.
manquantes sont au même emplacement que les raies
d’émission du même élément. Doc. 21. La raie noire du spectre d’absorption du soduim
correspond à la raie jaune de son spectre d’emission
Lorsqu’elle est éclairée par de la lumière blanche, une
espèce chimique ne peut absorber que les radiations Doc. 22 . Les raies noires du spectre d’absorption du
lumineuses qu’elle peut émettre lorsqu’elle est chaude. mercure correspondent aux raies colorées de son spectre
d’emission
Les spectres d’émission et d’absorption sont
complémentaires, Les raies d’absorption et d’émission
ont la même longueur d’onde, leur superposition
correspond au spectre de la lumière blanche.
Chaque espèce chimique possède un spectre
caractéristique (d’émission ou d’absorption) qui permet
de l’identifier.

88 Chapitre 6 : Spectres de la lumière

Cours

b. Spectre de bande d’absorption

Doc.23. Montage pour réaliser un spectre de bandes d’absorption..

Doc.24. Spectre d’absorption d’une solution de permanganate de potasuim.

Lorsqu’une solution colorée est traversée par de la lumière blanche, le spectre de la lumière obtenue
présente des bandes noires sur fond coloré du spectre de la lumière blanche : c’est un spectre de bandes
d’absorption. Ce spectre est caractéristique de la substance dissoute.

3 Spèctres et astrophysique : Spectre des étoiles.

Seules les couches externes du Soleil ou d’une autre étoile sont accessibles à l’observation. L’étude du spectre
de la lumière émise dans ces zones est la seule source de renseignements sur une étoile.

3.1. Spectre et constitution d’une étoile Doc. 25. Structure d’une étoile.

La lumière émise par la photosphère est celle d’un
corps incandescent, son spectre est continu. En
réalité, le spectre observé présente un fond continu
marqué par de nombreuses raies d’absorption :
une partie de lumière émise par la photosphère est
absorbée.

Cette absorption est due à la présence d’espèces
chimiques dans la Chromosphère (atmosphère) de
l’étoile ( activité n°3 .2.) .

La comparaison avec des spectres réalisés sur la
Terre permet d’identifier ces espèces chimiques.
Il est ainsi possible de connaître la composition
chimique de «l’atmosphère» des étoiles.

Chapitre 6 : Spectres de la lumière 89

Cours

3.2. Spectre et température d’une étoile
Dans le spectre, on recherche la longueur d’onde correspondant au maximum de lumière émise, puis à l’aide de
la loi de Wien, on calcul la température. La température de la photosphère d’une étoile conditionne sa couleur.
Ainsi certaines étoiles paraissent rouge-orangées, d’autres jaunes, d’autres bleues …etc.

L’essentiel du cours

Spectres
L’étalement des lumières colorées s’appelle un spectre.
Il existe deux types de spectres de lumière : -
Les spectres d’émission (continu et de raies)

-
Le spectre d’absorption (de raies et de
bandes)
Exemples :
Spectre continu d’émission :
Spectre de raies d’émission
Spectres de raies d’absorption
 Un gaz à pression élevée, un liquide ou un solide, chauffés, émet un rayonnement continu qui contient
toutes les couleurs (= spectre continue d’émission).
 Un gaz chaud à basse pression, émet un rayonnement uniquement pour certaines couleurs bien
spécifiques. (= spectre de raies d’émission).
 Un gaz froid à basse pression, s’il est situé entre l’observateur et une source de rayonnement continu,
absorbe certaines couleurs, produisant ainsi dans le spectre continu, des raies d’absorption. Ce gaz
absorbe les mêmes couleurs qu’il émettrait s’il était chaud (=spectre de raies d’absorption).
 L’étendue d’un spectre continu permet de connaître la température de la source émettrice.
 L’ analyse du spectre de la lumière provenant d’une étoile permet de connaître sa température de

surface et la composition chimique de son atmosphère.

90 Chapitre 6 : Spectres de la lumière

Exercices

Connaître b.spectre de raies d’émission
c.spectre de raies d’absorption
1 Lumières visibles et invisibles. d.spectre de bandes d’absorption.

1.Qu’est ce qu’une lumière monochromatique ? 4 Corriger les affirmations fausses.
2.Qu’est ce qu’une lumière polychromatique ?
3.Avec quel(s) dispositif(s) peut-on décomposer une 1.Le spectre de la lumière émise par une lampe à
lumière polychromatique ? incandescence est continu.
4.Qu’appelle-t-on un spectre ? 2.Le spectre de la lumière émise par une lampe à
5.Quel domaine de longueurs d’onde du rayonnement vapeur de sodium est continu.
électromagnétique l’œil humain est-il capable de 3.Le spectre de la lumière blanche est un spectre de
percevoir ? raies.
6.Où sont situés l’infrarouge et l’ultraviolet par rapport 4.Un spectre de raies permet d’identifier une entité
au domaine de la lumière visible ? chimique.
5.Un spectre de raies d’absorption est constitué des
2 Dispersion de la lumière blanche. raies colorées sur fond sombre.
6.Un gaz absorbe les radiations de longueurs d’onde
1.Qu’est ce qu’une lumière blanche ? qu’il peut émettre.
2.Donner la liste du matériel nécessaire pour obtenir 7.Une solution colorée absorbe les radiations de
le spectre de la lumière blanche. Qualifier le spectre. longueurs d’onde qui correspondent à sa couleur.
3.Dessiner le spectre qu’on obtiendrait.
4.Indiquer les longueurs d’onde et les couleurs des 5 Identification des spectres.
extrémités du spectre.
Associer chacun des spectres suivants à un des cas
3 QCM parmi les suivants.

1.Le spectre de la lumière émise par une lampe à lumière blanche ;
vapeur de mercure est :
a.spectre d’émission continu raies d’émission ;
b.spectre de raies d’émission
c.spectre de raies d’absorption raies d’absorption.
d.spectre de bandes d’absorption.
2.Le spectre de la lumière émise par une lampe à Appliquer
incandescence est :
a.spectre d’émission continu 6 Spectres de la lumière d’une lampe à filament.

b.spectre de raies d’émission Associer chacun des spectres suivants à un des cas
parmi les suivants en justifiant vos réponses.
c.spectre de raies d’absorption
La lampe est alimen- n°1
d.spectre de bandes d’absorption. tée normalement ; n°2
n°3
3.Le spectre de la lumière blanche après avoir La lampe est sous
traversé de la vapeur de sodium est : alimentée ;
a.spectre d’émission continu
b.spectre de raies d’émission La lampe est surali-
c.spectre de raies d’absorption mentée sans qu’elle
d.spectre de bandes d’absorption. soit grillée.
4.Le spectre de la lumière émise par le Soleil et
analysé sur la Terre est un spectre
a.spectre d’émission continu

Chapitre 6 : Spectres de la lumière 91

Exercices

7 Lumière d’un boulet de charbon. spectre d’une lumière blanche sont les suivantes:

1.Un boulet de charbon émet une lumière presque violet bleu vert jaune orange rouge
blanche. Que peut-on déduire de cette information ?
2.On retire ce boulet de charbon du feu. Après 400- 425 425-491 491-570 570-590 590-620 620-800
quelques instants, il devient rouge clair, puis rouge
foncé. Comment peut-on interpréter cette observation Limite des longueurs d’ondes (en nm) des couleurs du spectre d’une
en termes de température du boulet ? lumière blanche.

8 Température et couleur. Les longueurs d’onde des raies, en nm, du spectre
d’une lampe à vapeur de mercure sont :
Le soleil est une étoile moyennement chaude
(6000°C en surface) et la couleur perçue est jaune. 405 436 492 546 577 623 691

Les étoiles Rigel et Bételgeuse de la constellation 1.Donner les couleurs de chacune des raies du
d’Orion sont des étoiles respectivement bleue et spectre du mercure.
rouge. 2.Le spectre d’absorption d’un sirop de menthe
comporte deux bandes d’absorption dans le visible :
Classer ces étoiles par ordre croissant de leur seules les radiations comprises entre 420 nm et 560
température de surface. Justifier votre réponse. nm sont transmises.
a.Faire un schéma légendé du montage expérimental
9 Sources lumineuses et spectres. pour observer un tel spectre.

À l’aide d’un spectroscope, on observe les spectres b.On éclaire le sirop avec une lampe à vapeur de
de quatre lumières. Ces spectres et ces lumières sont mercure. Quel est l’aspect du spectre de la lumière
décrits ci-dessous. transmise ?

Description du spectre Description des quatre 11 Le cuivre.
I – spectre présentant lumières étudiées
toutes les couleurs du violet bleu vert jaune orange rouge
A – lumière émise par
violet au rouge une ampoule contenant 400- 425 425-491 491-570 570-590 590-620 620-800
II – spectre présentant
toutes les couleurs du du cadmium chauffé Limite des longueurs d’ondes (en nm) des couleurs du spectre
sous basse pression d’une lumière blanche.
bleu au rouge B - lumière transmise
L’’élément cuivre Cu, émet des radiations dont les
III – spectre présentant par une ampoule principales longueurs d›onde sont :
sur fond noir : une raie contenant du cadmium λ1 = 510 nm ; λ2 = 515 nm ; λ3 = 522 nm ;
λ4 = 570 nm
violette, deux raies sous basse pression 1.Dessiner les raies du spectre obtenu par
bleues et une raie rouge et éclairée en lumière décomposition de la lumière à l’aide d’un prisme.

IV – spectre s’étalant blanche Échelle : origine du spectre à L=0 ; λ = 500 nm et 1cm
du rouge au violet mais C – lumière émise représente 5 nm.
par une lampe à
avec des raies noires incandescence munie 2.Quelle est la nature du spectre ?
dans le violet, le bleu et d’un variateur d’intensité 3.Connaissant les limites des longueurs d’ondes
et éclairant au maximum des couleurs du spectre, donner la couleur des raies
le rouge D – lumière émise correspondantes.
par une lampe à
incandescence munie Analyser
d’un variateur d’intensité
et éclairant faiblement 12 Spectre d’absorption.

1.Attribuer chaque spectre à sa lumière. Données :

2.Qualifier chacun des spectres en utilisant les termes violet bleu vert jaune orange rouge
suivants : continu, raie, émission, absorption.
400- 425 425-491 491-570 570-590 590-620 620-800
10 Spectre de raies et spectre de bande.
Doc.1. Limite des longueurs d’ondes (en nm) des couleurs du spectre
Les longueurs d’onde limites (en nm), des couleurs du d’une lumière blanche.

92 Chapitre 6 : Spectres de la lumière

Exercices

Nom Symbole Longueurs Il s’agit d’un spectre présentant un fond coloré sur
chimique d’ondes lequel apparaissent quelques raies noires.

Hydrogène H 397 ; 410 ; 434 ;
486 ; 656.

Hélium He 447 ; 471 ; 492 ;
501 ; 587 ; 668.
1.A quel type de spectre appartient la lumière émise
Mercure Hg 405 ; 436 ; 492 par le Soleil ?
; 496 ; 546 ;
2.Comment interpréter les raies noires présentes dans
577 ; 579 ; 623 le spectre du soleil ?
; 690.
3.L’étude du spectre du Soleil montre en particulier
Néon Ne 439 ; 443 ; 585 ; qu’aucune raie noire n’apparaît entre 505 nm et
597 ; 618 ; 640. 510 nm. Le tableau ci-dessous regroupe les raies
d’émission de certains éléments chimiques. Que
Doc. 2. Longueurs d’ondes (en nm) de quelques raies émises par diffé- peut-on en déduire concernant la composition de la
rents élements chimiques à l’état gazeux. chromosphère (= atmosphère) du Soleil ?

Un laboratoire possède diverses lampes qui Elément chimique Longueur d’onde des
contiennent des vapeurs de gaz. Il est possible de raies d’émission (en nm)
réaliser le spectre d’émission de raie du gaz enfermé Calcium (Ca) 423, 456, 458, 527
dans l’ampoule à l’aide du dispositif ci-dessous : Fer (Fe) 438, 492, 496, 537
Hydrogène (H) 410, 434, 486
Ecran Magnésium Mg 517, 518
Soduim (Na) 589, 590
gaz à faible pression Nickel (Ni) 508
Ttitane (Ti) 467, 498
Fente
1.Quel dispositif faut-il placer entre la fente et l’écran Le dispositif utilisé pour obtenir le spectre de la
pour observer le spectre du gaz enfermé dans lumière solaire est un prisme en verre, placé sur le
l’ampoule ? trajet de la lumière, suivi d’un écran.

Un laborantin, suite à une maladresse, a renversé de 4.Quel est l’intérêt du prisme ? Expliquer.
l’encre sur l’étiquette collée sur l’ampoule. La nature
du gaz était représentée par son symbole chimique 14 Analyse d’un spectre d’absorption.
qui est partiellement masqué par
la tache d’encre (voir l’étiquette On a obtenu le spectre d’une étoile avec un
ci-contre).Le spectre observé spectrographe à réseau. Les distances séparant
sur l’écran a permis d’obtenir le deux raies sont proportionnelles à la différence des
document suivant longueurs d’onde correspondantes. On fournit aussi le
spectre d’émission de l’argon.
2.Donner les longueurs d’ondes des différentes raies Les longueurs d’onde correspondant aux raies de cet
du spectre puis indiquer la couleur de chacune. élément sont indiquées ci-dessous.

3.En vous aidant du Doc.2. déduire la nature du gaz
enfermé dans l’ampoule.

13 Le spectre du Soleil

A l’aide d’un dispositif approprié, on visualise le
spectre de la lumière provenant de notre étoile, le
Soleil.

Chapitre 6 : Spectres de la lumière 93

Exercices

1.Quel est l’interêt de fournir le spectre de l’argon ? Ces deux grandeurs sont- λ max θ
elles proportionnelles ? en (nm) en ( °C)
2.Expliquer la différence de nature entre les spectres 880 3000
représentés. 2.Dans une nouvelle 940 2800
colonne du tableau, calculer 1010 2600
3.Déterminer les longueurs d’ondes des raies 1/ θ . 1080 2400
présentes dans le spectre de l’étoile. 1170 2200
3.Tracer le graphique 1270 2000
15 Spectre d’un laser représentant λmax en 1400 1800
fonction de 1/θ.Quelle 1540 1600
On réalise, à l’aide d’un spectroscope à prisme, deux est l’allure de la courbe 1730 1400
spectres de raies d’émission. Le premier est le spectre obtenue ? 1960 1200
d’une lampe à vapeur de mercure. Les positions des
longueurs d’onde sont repérées sur la photographie. 4.L’équation de la courbe
Le second est le spectre de la lumière émise par un obtenue à l’aide du tableur
laser et photographié dans les mêmes conditions. est de la forme :
λmax = a/ θ + b.

Déterminer graphiquement
les valeurs de a et b

5.Montrer qu’elle correspond à la loi de Wien.

6.Cette loi peut être appliquée à la lumière provenant
d’une étoile.
Que permet-elle alors de connaître ?

Données :Les longueurs d’onde des raies, en nm, du 17 Profil spectral d’une étoile.
spectre d’une lampe à vapeur de mercure sont :
L’allure globale de ce profil spectral est représentée en
405 436 492 546 577 623 691 pointillés. Elle passe par un maximum.

1.Comment peut-on qualifier la lumière émise par le 1.Évaluer la longueur d’onde associée à ce maximum.
laser? 2.Quel renseignement sur l’étoile nous apporte la
valeur de cette longueur d’onde ?
2.Tracer le graphique λ=f(x) où λ est la longueur d›onde 3.À quoi sont dus les minima d’intensité lumineuse
correspondant à une raie du spectre du mercure et x représentés en vert sur le profil spectral ?
est sa position sur la photographie.

3. Déterminer graphiquement la longueur d›onde
correspondant à la radiation émise par le laser.

16 Loi de Wien.

En physique, un « corps noir » est un objet idéal
émettant un rayonnement qui n’est fonction que de sa
température. La loi de Wien relie la température θ de
ce corps noir et la longueur d’onde λ max pour laquelle
le profil spectral de la lumière qu’il émet passe par
un maximum. La température θ s’exprime en degré
Celsius et la longueur d’onde λ max en nm.

Pour retrouver expérimentalement la loi de Wien, on
augmente progressivement la température θ d’un
morceau de métal. Pour chacune des températures,
on mesure la longueur d’onde pour laquelle l’intensité
lumineuse est maximale. On obtient les résultats
suivants :

1.À l’aide d’un tableur, tracer λmax en fonction de θ.

94 Chapitre 6 : Spectres de la lumière

Mobiliser ses compétences SITUATION PROBLÈME

Deux élèves de la classe de Seconde, Bilane et Liban discutent sur la
composition du Soleil et comment mettre un satellite en orbite. Bilan qui
a compris son cours de physique commence le débat.
Bilane : Tu sais Liban que la température dans la couche externe du
Soleil vaut 5700°C et à l’intérieure on trouve de l’hélium et d’autres
éléments chimiques.
Liban : Impossible car personne ne peut s’aventurer pour connaître la
composition du Soleil à cause de sa température très élevée.
Bilane : Mais grâce aux satellites et à l’étude du spectre de la lumière,
on peut identifier les éléments chimiques présents à la surface du Soleil.
On peut même estimer l’âge de l’Univers grâce à la lumière.
Liban : Je n’ai pas compris, peux-tu m’expliquer plus en détail ?

À l’aide des documents et en utilisant vos connaissances, expliquer à
Liban le principe de satellisation et la manière dont on peut déterminer
la température du Soleil et l’étude de sa composition chimique ?

Document 1 : le rayonnement fossile

Peu après le Big Bang il y a 13, 8 milliards d’année, l’Univers n’était peuplé que de particules. Difficile d’imaginer qu’il
n’existait alors que des protons, des électrons et des photons. L’Univers était lors trop chaud pour que la matière puisse
se former. Néanmoins, peu à peu, la température a baissé. Elle a atteint les 2700°C lorsque l’Univers avait 380 000
ans. C’est alors que les protons et les électrons ont pu commencer à se combiner pour former les premiers atomes
d’hydrogène et d’hélium. Ce phénomène a, par ailleurs, libéré les photons qui ont commencé leur long voyage. Ce
rayonnement, dit fossile, continue à nous parvenir pratiquement inchangé depuis son émission. Il constitue une photo de
l’univers tel qu’il existait au moment où les photons ont été libérés. Les caractéristiques du rayonnement apportent des
informations sur les principaux paramètres de l’univers : son âge, sa composition,... .
En fait, il ne s’agit pas d’une lumière visible mais d’un rayonnement qui emplit tout l’Univers dont la longueur d’onde est
comprise environ entre 10 μm et 100 μm. Les astrophysiciens le nomment « fond diffus cosmologique ». Encore fallait-il
enregistrer ce rayonnement qui nous renseigne sur l’état de l’Univers 380 000 ans seulement après sa naissance. Ce
fut la mission du satellite WMAP lancé par la Nasa en 2001 et qui a livré ses résultats en 2003. Cette première carte du
rayonnement fossile révélait de nombreuses irrégularités alors que les physiciens pensaient que l’Univers était homogène
à cette époque. D’où l’envoi d’un second satellite, Planck, lancé en 2009 depuis Kourou par une Ariane 5 et dont la
mission était de vérifier les étranges anomalies captées par son prédécesseur et de cartographier les infimes variations

Document 2 : mission et mise en orbite du satellite Planck

Comme le rayonnement étudié ne peut être observé de manière suffisamment précise que depuis l'espace, l’utilisation
des satellites est devenue indispensable. Mais à l'heure actuelle, ces derniers ne sont pas lancés directement depuis la
Terre car on ne sait pas encore leur donner une vitesse initiale suffisante. Pour accomplir cette mission, le satellite Planck
a été lancé le 14 mai 2009 par la fusée Ariane 5.
Ce satellite est constitué classiquement de deux sous-ensembles : la plateforme et la charge utile. L'ensemble a une
masse de 1912 kg. Il emporte deux capteurs (HFI et LFI) et de l’hélium liquide (Hélium 3 et hélium 4) pour le système de
refroidissement du satellite.
Après son lancement, le satellite est placé
sur une orbite très elliptique de 270 km
de périgée et 1 193 622 km d'apogée le
menant aux alentours du second point de
Lagrange du système Terre/Soleil (dénommé
L2) en environ 45 jours.

Situation problème 95

SITUATION PROBLÈME Mobiliser ses compétences

Document 3 : le Soleil

Le Soleil est l’étoile du Système solaire. Dans la classification astronomique, c’est une étoile de type naine jaune. Elle est
composée principalement de 74 % en masse d’hydrogène et 24 % d’hélium.
Il y a aussi l’élément fer, l’oxygène, le carbone….
Sa masse est estimée à environ 2,00 . 1030 kg et son rayon est de 6,96 . 1O8m.
Le Soleil fait partie de notre galaxie (la Voie lactée) constituée de matière interstellaire et d’environ 234 milliards
d’étoiles. Il se situe à environ 26 000 années-lumière du centre galactique.
Le Soleil représente à lui seul 99,86 % de la masse du Système solaire.
Le demi-grand axe de l’orbite de la Terre autour du Soleil, couramment appelé « distance de la Terre au Soleil », égal à
149 597 870 km. Il faut 8 minutes et 19 secondes pour que la lumière du Soleil parvienne jusqu’à la Terre.

Document 4 : Etude du spectre solaire.

C’est la photosphère, la partie externe de l’étoile qui produit entre autres la lumière visible. Cette lumière contient toutes
les informations sur la température, la gravité de surface et la composition chimique de l’étoile.
Pour le Soleil, la photosphère a une température moyenne d’environ 5700 °C.
Au XIXème siècle, le physicien allemand Joseph Fraunhofer a étudié le spectre visible de la lumière du Soleil. Il a pu en
déduire la composition chimique de l’atmosphère solaire.
Dès 1814, le physicien allemand Fraunhofer (1787-1826) remarque la présence de raies noires dans le spectre du Soleil.
Kirchhoff mesure la longueur d’onde de plusieurs milliers de ces raies et montre qu’elles coïncident avec celles émises
par diverses entités chimiques : hydrogène, calcium, fer, magnésium, … .

Le Soleil émette un spectre continu : on en déduit que le Soleil, en surface, est constitué de gaz. Sa
température est en effet trop élevée pour qu’il soit solide ou liquide. Pour déterminer sa température θ on
utilise la Loi de Wien :

2,89 x 10 6
θ= - 273 avec θ en °C et λmax en nm. La valeur de λmax est égale à 480 nm c’est la longueur

λ max d’onde dans le vide au maximum d’intensité lumineuse.

Document 5 : Longueurs d’onde (en nm) de raies d’émission de quelques éléments

Hydrogène H : 434 – 486,1 – 656,3
Dioxygène O2 : 627,7 – 686,7 –759,4
Fer Fe : 430,8 – 438,3 – 466,8 – 495,8 – 516,9 – 527
Soduim Na : 589,0 - 589,6
Magnésium Mg : 516,7 – 517,3 – 518,4
Hélium He : 587,6

96 Situation problème

Mobiliser ses compétences SITUATION PROBLÈME

Données utiles : Masse de la Terre MT = 5,98 x 1024 kg ; Rayon de la Terre RT = 6.38 x 103 km.
Constante de gravitation G = 6,67 x 10-11 SI.

Questions

1.Quelle sont les particules qui étaient présentes au début de l’univers ?
2.Il y a combien d’années les premiers atomes se sont-ils formés ? Quelle est la cause principale de leur
formation ?
3.Expliquer la phrase « Il constitue une photo de l’univers tel qu’il existait au moment où les photons ont été
libérés ».
4.Le rayonnement fossile est-il de la lumière visible ? Justifier votre réponse.
5.Pourquoi ce rayonnement ne peut-il être observé de manière précise que depuis l’espace ?
6.Pourquoi un satellite ne peut pas être lancé à partir de la Terre ?
7.Donner les conditions de satellisation.
8.Quelle est l’expression de la force exercée par la Terre sur le satellite Planck ? Calculer la valeur de cette force
lorsque le satellite est sur le périgée et l’apogée de sa trajectoire.
9.Dans quel référentiel peut-on décrire le mouvement du satellite ?
10.Le satellite emporte de l’Hélium liquide : Hélium 3 (3He ) et Hélium 4 (4He ). Quelle est la composition de leur
noyau ? Appartiennent-ils au même élément ? Comment les appelle-t-on ?
11.Entre la Terre et le Soleil on dit qu’il y a le vide, expliquer cela en s’appuyant sur le document 3.
12.Donner la distance Terre-Soleil en notation scientifique avec trois chiffres significatifs.
13.À combien de km le Soleil se trouve-t-il du centre de la Voie lactée ?
14.Justifier la phrase « La lumière met 8 min et 19 secondes pour nous parvenir du Soleil »par calcul.
15.La lumière qui provient du soleil est-elle une lumière blanche ? Si oui proposer un protocole expérimental.
16.Comment évolue le spectre d’un rayonnement en fonction de la température ?
17.Le spectre présenté dans le document 4 comporte-t-il des raies d’émission ou d’absorption ? Justifier la
présence de ces raies.
18.En vous aidant du document 5, identifier les éléments correspondant aux raies principales (en lettre
majuscule) du spectre solaire. Préciser votre démarche.
19.À l’aide de la relation de Wien, retrouver la température de la photosphère.
20.Donner la structure électronique de l’atome de Sodium Na en s’aidant de la classification périodique des
éléments.
21.En citant la règle utilisée, donner l’ion correspond à l’atome de sodium Na. En déduire sa famille chimique.
22.Sachant que la masse d’un proton est égale à 1,67.10- 27 kg, exprimer puis calculer la masse d’un noyau
d’hydrogène.
23.Démontrer qu’il y a environ 1057 noyaux d’hydrogène présents dans le Soleil.

Conclusion :

À partir des réponses des questions posées expliquer en quelques lignes les conditions de satellisation et la
manière dont on peut déterminer la température du Soleil et sa composition chimique.

Situation problème 97

PROGRÈS TECHNIQUES ET AMÉLIORATION DU QUOTIDIEN

Depuis toujours, l’Homme essaye d’améliorer son confort quotidien grâce
à l’invention de nouveaux produits par exemple les matériaux synthétiques
et à l’innovation.
Grâce à la chimie, il peut extraire, séparer et identifier certaines espèces
chimiques présentes dans une substance.
L’étude des circuits électriques comportant des composants électroniques
usuels permet de mieux comprendre le fonctionnement des certains appa-
reils électriques (ordinateur, téléphone, etc.).

SOMMAIRE

7-Extraction, séparation et identification des espèces chimiques.............. 101
8-Matériaux naturel et synthétique..............................................................117
9-Chimie organique.......................................................................................131
10-Intensité et Tension.................................................................................143
11-Composants électroniques usuels...........................................................159
12-Générateurs de tension............................................................................173

Les notions vues au collège

 Mélanges, corps purs, solutions

 Un corps pur est constitué d’une seule espèce chimique, alors
qu’un mélange en contient plusieurs.

 Un mélange est hétérogène si on peut en distinguer les
constituants à l’œil nu ou au microscope, il est homogène dans le
cas contraire.

 La décantation et la filtration permettent
de séparer les constituants d’un mélange
hétérogène alors qu’une distillation permet
de séparer les constituants d’un mélange
homogène.

 Matériaux et matières organiques

Un matériau est la matière dont est fait un
objet.

Les matériaux peuvent être classés en deux
catégories : matériaux organiques et matériaux
minéraux.

Les matériaux organiques sont constitués
principalement d’atomes de carbone et d’atomes
d’hydrogène.

 Électricité

Un circuit en série est formé d’une seule boucle. Il est
en dérivation s’il est formé d’au moins deux boucles.

Le sens conventionnel du courant électrique : il sort de la
borne (+) du générateur et entre par la borne(-).

Dans un circuit en série l’intensité du courant est la même
en tout point et la tension aux bornes du générateur est égale
à la somme des tensions aux bornes des autres dipôles.

Dans un circuit avec dérivations, l’intensité dans la branche
principale est égale à la somme des intensités dans les branches dérivées et la tension est la même
aux bornes de chaque branche.

La caractéristique d’un conducteur ohmique est droite passant par l’origine.

La tension U aux bornes d’un conducteur ohmique et l’intensité I
du courant qui le traverse sont reliées par loi d’Ohm : U = R x I.

Une tension alternative est périodique s’il reprend la même
valeur au bout d’un intervalle de temps T appelé période.

La fréquence f est le nombre de périodes par seconde : f = 1/T.

L’amplitude maximale Umax d’une tension alternative est sa
valeur maximale.

100 Chapitre 6 : Spectres de la lumière