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 dAldébaran
DESCRIPTIF DU SUJET
ObjectifProposer un exercice évalué par compétences.Niveau concerné2nde thème « LUnivers ».Compétences exigibles au B.O.Propagation rectiligne de la lumière ; vitesse de la lumière dans le vide et dans lair.
Lannée de lumière.
Utiliser les puissances de 10 dans lévaluation des ordres de grandeur.
Spectre de la lumière émise par une étoile : température de surface et entités chimiques présentes dans latmosphère de létoile.Compétences évaluées et
coefficients respectifsCette épreuve permet d'évaluer les compétences de la démarche scientifique :
Connaître (RCO) ; coefficient 1
Sapproprier (APP) ; coefficient 1
Analyser (ANA) ; coefficient 3,5
Réaliser (REA) ; coefficient 2,5
Valider (VAL) ; coefficient 1
Mise en uvreCet 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 : Létoile 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 senrichit en radiations de courtes longueurs donde.
La couleur perçue résulte de la synthèse additive de lensemble des lumières colorées émises.
Document 4 : Le profil spectral dune étoile associé au spectre de cette étoile
Le profil spectral dune étoile représente lintensité lumineuse des radiations émises par létoile en fonction de leurs longueurs donde. Lallure générale de cette courbe dépend de la température de surface de létoile.
Profil spectral de létoile Sirius Profil spectral de létoile Aldébaran
Document 5 : Longueurs dondes de quelques radiations caractéristiques dentités 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 dune année de lumière. RCO
Quel est le domaine de longueurs donde des ondes radio ? APP
Identifier les correspondances entre le spectre dabsorption en lumière visible dAldébaran et son profil spectral, présentés dans le document 4. APP
Quelle est lentité chimique dont la présence est détectée dans latmosphère de létoile Aldébaran par lexistence des raies numérotées (, (, (, ( et ( ? Justifier votre réponse. ANA
De Sirius ou dAldébaran, déterminer létoile 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 dAldébaran ? ANA
A laide dune analyse dimensionnelle, choisir la relation correcte entre la vitesse de propagation de la lumière dans le vide QUOTE et la distance QUOTE quelle parcourt pendant la durée QUOTE de son parcours. ANA
QUOTE QUOTE
Evaluer lordre 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 laide du document 4, justifier la couleur orangée de létoile Aldébaran. VAL
REPÈRES POUR LÉVALUATION
Correction :
1. Vitesse de la lumière dans le vide en unité du Système International : c = 3,00 x 108 m.s-1
2. Lannée de lumière est la distance parcourue par la lumière dans le vide pendant une année.
3. Daprès le document 1, les valeurs des longueurs donde des ondes radio sont supérieures à 1 mm.
4. Dans le profil spectral de létoile Aldébaran, les minima dintensité lumineuse pour certaines longueurs donde apparaissent sous forme de raies noires dabsorption dans son spectre. Ils correspondent donc à des radiations lumineuses absorbées par des entités chimiques présentes dans latmosphère de létoile.
5. Dans le profil spectral de létoile Aldébaran, les longueurs donde correspondant aux minima dintensité lumineuse numérotés (, (, (, ( et ( sont celles des radiations caractéristiques de loxyde de titane. Latmosphère de cette étoile contient donc de loxyde de titane, ce qui se traduit par les raies noires dabsorption numérotées (, (, (, ( et ( dans son spectre.
6. Daprès le document 3, plus la température dun corps augmente, plus son spectre senrichit en radiations de courtes longueurs donde, cest-à-dire en radiations bleues puis violettes. Le spectre de létoile Sirius étant plus riche en radiations bleues que celui dAldébaran, Aldébaran est donc létoile 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 dAldébaran en 2037 (1972 + 65).
8. Relation correcte entre la vitesse de propagation de la lumière dans le vide et la distance QUOTE quelle 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. Daprès le document 4, les longueurs donde associées aux radiations émises par létoile Aldébaran avec une intensité lumineuse maximale correspondent à celles des radiations jaunes, orange et rouges. Létoile 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 dune année de lumière.Sapproprier (APP)
Extraire linformation utile sur des supports variés.13. Repérer sur le document 1 le domaine de longueurs donde des ondes radio.4. Faire la correspondance entre les minima dintensité lumineuse du profil spectral dune étoile et les raies noires dabsorption dans son spectre.Analyser (ANA)
Organiser et exploiter ses connaissances et les informations extraites.
Construire les étapes dune résolution de problème.3,55. Faire le lien entre les longueurs donde caractéristiques dune entité chimique et les minimas du profil spectral dune étoile pour justifier la présence de cette entité dans latmosphère de létoile.6. Exploiter le lien entre lenrichissement en radiations violettes du spectre dune étoile et sa température.7. Exploiter la définition de lannée de lumière.8. Choisir une relation littérale à laide dune 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 derreurs résultant dune 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 donde 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. Sils apparaissent partiellement, cest le niveau B qui est obtenu. Sils apparaissent de manière insuffisante, le niveau obtenu est le niveau C. Sils ne sont pas présents, cest niveau est D.
Obtention « automatisée » de la note :
On utilisera la feuille de notation au format tableur qui permettra dobtenir une note (soit arrondie à lentier 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?JKLUöíÚíÇ´¡zsaRHD#hMi2h
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Ƥxa$gd$X points. La modification du contenu de la cellule H1 (nombre total de points) pourra permettre dajuster le total à nimporte 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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