Td corrigé Exercice évalué par compétence - Académie d'Orléans-Tours pdf

Exercice évalué par compétence - Académie d'Orléans-Tours

DESCRIPTIF DU SUJET. Objectif. Proposer un exercice évalué par compétences . Niveau concerné. 2nde ? thème « L'Univers ». Compétences exigibles au ...




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La sonde Pioneer 10 en direction d’Aldébaran
DESCRIPTIF DU SUJET

ObjectifProposer un exercice évalué par compétences.Niveau concerné2nde – thème « L’Univers ».Compétences exigibles au B.O.Propagation rectiligne de la lumière ; vitesse de la lumière dans le vide et dans l’air.
L’année de lumière.
Utiliser les puissances de 10 dans l’évaluation des ordres de grandeur.
Spectre de la lumière émise par une étoile : température de surface et entités chimiques présentes dans l’atmosphère de l’étoile.Compétences évaluées et
coefficients respectifsCette épreuve permet d'évaluer les compétences de la démarche scientifique :

Connaître (RCO) ; coefficient 1
S’approprier (APP) ; coefficient 1
Analyser (ANA) ; coefficient 3,5
Réaliser (REA) ; coefficient 2,5
Valider (VAL) ; coefficient 1
Mise en œuvreCet exercice est une évaluation sommative sur 9 points mais il peut être aussi proposé en évaluation formative.AuteurLaurence DESVEAUX – Lycée Choiseul – Tours (37)









ÉNONCÉ

Ex n°1 : Voyage au-delà du Système solaire (sur 9 pts.)

« Pioneer 10 est une  HYPERLINK "http://fr.wikipedia.org/wiki/Sonde_spatiale" \o "Sonde spatiale" sonde spatiale développée par la NASA dans le cadre du programme Pioneer et lancée le 3 mars 1972 par une fusée Atlas-Centaur D.

Pioneer 10, comme la sonde jumelle Pioneer 11, avait pour mission de faire une première reconnaissance des régions externes du système solaire qui n'avaient jamais été explorées jusque-là. Pioneer 10 est ainsi le premier engin spatial à avoir dépassé l'orbite de Mars, traversé la ceinture d'astéroïdes (1972) et effectué un survol de Jupiter (1973).

(…) En 1983 la sonde spatiale a franchi l'orbite de la dernière planète du système solaire Neptune et s'éloigne depuis en direction de l'étoile Aldébaran qu'elle atteindra dans 2 millions d'années.

(…) La mission de la sonde arriva officiellement à son terme le 31 mars 1997 principalement pour des raisons budgétaires. Des contacts occasionnels avec la sonde continuent néanmoins à se produire (…). Le dernier contact avec la sonde, très faible, eut lieu le 22 janvier 2003. La tentative de contact du 7 février 2003 est restée sans réponse, comme celle du 4 mars 2006. Lors de ces derniers contacts, la vitesse de Pioneer 10 était de plus de 44 000 km/h et elle était distante de la Terre de plus de 12 milliards de kilomètres. »
 HYPERLINK "http://fr.wikipedia.org/wiki/Pioneer_10" http://fr.wikipedia.org/wiki/Pioneer_10



Document 1 : Les ondes électromagnétiques

Dans le vide, toutes les ondes électromagnétiques se propagent à la même vitesse.


Document 2 : L’étoile Aldébaran

Aldébaran est l' HYPERLINK "http://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89toile" \o "Étoile" étoile la plus brillante de la  HYPERLINK "http://fr.wikipedia.org/wiki/Constellation" \o "Constellation" constellation du  HYPERLINK "http://fr.wikipedia.org/wiki/Taureau_%28constellation%29" \o "Taureau (constellation)" Taureau. Située à environ 65  HYPERLINK "http://fr.wikipedia.org/wiki/Ann%C3%A9e-lumi%C3%A8re" \o "Année-lumière" années de lumière de la Terre (1 a.!. = 9,5 x 1015 m), elle est la 14e étoile la plus brillante du ciel nocturne.
Elle fait partie de la catégorie des « géantes rouges » et est de couleur orange.

Document 3 : La couleur des corps chauffés

Un corps chaud et dense émet une lumière dont le spectre continu dépend de sa température.
Plus la température de ce corps augmente, plus son spectre s’enrichit en radiations de courtes longueurs d’onde.
La couleur perçue résulte de la synthèse additive de l’ensemble des lumières colorées émises.
Document 4 : Le profil spectral d’une étoile associé au spectre de cette étoile

Le profil spectral d’une étoile représente l’intensité lumineuse des radiations émises par l’étoile en fonction de leurs longueurs d’onde. L’allure générale de cette courbe dépend de la température de surface de l’étoile.


Profil spectral de l‘étoile Sirius Profil spectral de l’étoile Aldébaran

 



Document 5 : Longueurs d’ondes de quelques radiations caractéristiques d’entités chimiques

Hydrogène H
397 nm
410 nm
434 nm
486 nm
656 nm

Hélium He
405 nm
414 nm
447 nm
502 nm
588 nm

Oxyde de titane TiO
497 nm
522 nm
553 nm
621 nm
717 nm












Questions :
Parmi les valeurs suivantes, exprimer celle qui correspond à la vitesse de la lumière dans le vide c exprimée en unité du Système International. RCO

c = 300 000 km.s-1 QUOTE   c = 3,00 x 108 m.s-1 QUOTE   c  = 3,00 x 105 km.h-1 QUOTE   c  = 3,00 x 10-8 m.s-1

Donner la définition d’une année de lumière. RCO

Quel est le domaine de longueurs d’onde des ondes radio ? APP

Identifier les correspondances entre le spectre d’absorption en lumière visible d’Aldébaran et son profil spectral, présentés dans le document 4.  APP

Quelle est l’entité chimique dont la présence est détectée dans l’atmosphère de l’étoile Aldébaran par l’existence des raies numérotées (, (, (, ( et ( ? Justifier votre réponse. ANA

De Sirius ou d’Aldébaran, déterminer l’étoile la plus froide. Argumenter votre réponse. ANA

Si la sonde se déplaçait à la vitesse de la lumière depuis son lancement en 1972, en quelle année se trouverait-elle à proximité d’Aldébaran ? ANA

A l’aide d’une analyse dimensionnelle, choisir la relation correcte entre la vitesse de propagation de la lumière dans le vide  QUOTE   et la distance  QUOTE   qu’elle parcourt pendant la durée  QUOTE   de son parcours. ANA

 QUOTE    QUOTE  
Evaluer l’ordre de grandeur, en mètres, de la distance entre la Terre et la sonde lors de ses derniers contacts. REA

Calculer, en secondes, la durée mise par les ondes radio envoyées depuis la Terre pour parcourir la distance aller-retour de la Terre à la sonde lors du dernier contact. REA

A l’aide du document 4, justifier la couleur orangée de l’étoile Aldébaran. VAL








REPÈRES POUR L’ÉVALUATION

Correction :
1. Vitesse de la lumière dans le vide en unité du Système International : c = 3,00 x 108 m.s-1

2. L’année de lumière est la distance parcourue par la lumière dans le vide pendant une année.

3. D’après le document 1, les valeurs des longueurs d’onde des ondes radio sont supérieures à 1 mm.

4. Dans le profil spectral de l’étoile Aldébaran, les minima d’intensité lumineuse pour certaines longueurs d’onde apparaissent sous forme de raies noires d’absorption dans son spectre. Ils correspondent donc à des radiations lumineuses absorbées par des entités chimiques présentes dans l’atmosphère de l’étoile.

5. Dans le profil spectral de l’étoile Aldébaran, les longueurs d’onde correspondant aux minima d’intensité lumineuse numérotés (, (, (, ( et ( sont celles des radiations caractéristiques de l’oxyde de titane. L’atmosphère de cette étoile contient donc de l’oxyde de titane, ce qui se traduit par les raies noires d’absorption numérotées (, (, (, ( et ( dans son spectre.

6. D’après le document 3, plus la température d’un corps augmente, plus son spectre s’enrichit en radiations de courtes longueurs d’onde, c’est-à-dire en radiations bleues puis violettes. Le spectre de l’étoile Sirius étant plus riche en radiations bleues que celui d’Aldébaran, Aldébaran est donc l’étoile la plus froide.

7. Aldébaran étant située à environ 65 a.l. de la Terre, cela signifie que si la sonde se déplaçait à la vitesse de la lumière depuis son lancement en 1972, elle mettrait 65 années pour atteindre cette étoile.
Elle se trouverait à proximité d’Aldébaran en 2037 (1972 + 65).

8. Relation correcte entre la vitesse de propagation de la lumière dans le vide et la distance  QUOTE   qu’elle parcourt pendant la durée  QUOTE   de son parcours :  QUOTE  

9. Ordre de grandeur de la distance entre la Terre et la sonde lors de ses derniers contacts : 1013 m.
12 milliards de kilomètres = 12 x 109 x 103 m = 1,2 x 1013 m

10. Durée mise par les ondes radio émises depuis la Terre lors de son dernier contact avec celle-ci, pour parcourir la distance aller-retour entre la Terre et la sonde :
”t =  QUOTE   =  QUOTE   = 80 000 s

11. D’après le document 4, les longueurs d’onde associées aux radiations émises par l’étoile Aldébaran avec une intensité lumineuse maximale correspondent à celles des radiations jaunes, orange et rouges. L’étoile Aldébaran apparaît donc orangée.



Tableau de compétences :

Compétences évaluéesPoids Critère de réussite correspondant au niveau AABCDConnaître (RCO)
Restituer une connaissance.11. Donner la valeur de la vitesse de la lumière dans le vide.2. Donner la définition d’une année de lumière.S’approprier (APP)
Extraire l’information utile sur des supports variés.13. Repérer sur le document 1 le domaine de longueurs d’onde des ondes radio.4. Faire la correspondance entre les minima d’intensité lumineuse du profil spectral d’une étoile et les raies noires d’absorption dans son spectre.Analyser (ANA)
Organiser et exploiter ses connaissances et les informations extraites.
Construire les étapes d’une résolution de problème.3,55. Faire le lien entre les longueurs d’onde caractéristiques d’une entité chimique et les minimas du profil spectral d’une étoile pour justifier la présence de cette entité dans l’atmosphère de l’étoile.6. Exploiter le lien entre l’enrichissement en radiations violettes du spectre d’une étoile et sa température.7. Exploiter la définition de l’année de lumière.8. Choisir une relation littérale à l’aide d’une analyse dimensionnelle.Réaliser (REA)
Ecrire un résultat de façon adaptée.
Utiliser un modèle théorique. Effectuer des procédures courantes (calculs numériques). 2,59. Evaluer l ordre de grandeur de la distance Terre-sonde.10. Transformer la formule pour exprimer Dðt indépendamment d erreurs résultant d une mauvaise analyse.10. Mener les calculs techniquement justes indépendamment d’erreurs résultant d’une mauvaise analyse. 9. et 10. Maîtriser correctement les unités.Valider (VAL)
Interpréter des résultats, les mesures pour valider une information, une hypothèse, une loi ...111. Identifier les longueurs d’onde des radiations principalement émises par une étoile pour justifier sa couleur.Bilan :
/9

Si les indicateurs apparaissent dans leur totalité, le niveau obtenu est le niveau A. S’ils apparaissent partiellement, c’est le niveau B qui est obtenu. S’ils apparaissent de manière insuffisante, le niveau obtenu est le niveau C. S’ils ne sont pas présents, c’est niveau est D.

Obtention « automatisée » de la note :
On utilisera la feuille de notation au format tableur qui permettra d’obtenir une note (soit arrondie à l’entier le plus proche soit au demi-entier) à partir du tableau de compétences complété.
La feuille de calcul ci-après présente une notation sur 93456?JKLU€ƒ“öíÚíÇ´¡ŽzsaRHD#hMi2h
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Æ–¤xa$gd€$X points. La modification du contenu de la cellule H1 (nombre total de points) pourra permettre d’ajuster le total à n’importe quelle autre valeur.

Exercice évalué par compétences notée sur :9points  Nom       Prénom     CompétenceCoefficient Niveau validé   ABCDNotes par domaines NiveauNoteRCO1X   3 A3APP1X   3 B2ANA2,5X   3 C1REA3,5X   3 D0VAL1X   3   Somme coeff.9  CommentaireNote max 27   Note brute 27Note sur2020,0Note sur99,0Note arrondie au point 9,0Note arrondie au 1/2 point 9,0









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