QCM : Éléments et transformations nucléaires (15 questions)

Questions et réponses du QCM

1. Quelle répartition en masse décrit la matière connue de l’Univers ?

Environ 74 % d’hélium, 24 % d’hydrogène, 1 % de carbone, 0,5 % d’oxygène et 0,5 % d’autres éléments
Environ 61 % d’hydrogène, 24 % d’oxygène, 13 % de carbone, 1 % d’azote et 1 % d’autres éléments
Environ 49 % d’oxygène, 16 % de magnésium, 14 % de fer, 14 % de silicium et 7 % d’autres éléments
Environ 74 % d’hydrogène, 24 % d’hélium, 1 % d’oxygène, 0,5 % de carbone et 0,5 % d’autres éléments

Environ 74 % d’hydrogène, 24 % d’hélium, 1 % d’oxygène, 0,5 % de carbone et 0,5 % d’autres éléments

Explication

La matière connue de l’Univers est dominée en masse par l’hydrogène, suivi de l’hélium, avec des fractions bien plus faibles d’oxygène, de carbone et d’autres éléments. La répartition associée au corps humain concerne des proportions en quantité de matière, et non la composition de l’Univers en masse.

2. Quelle distinction décrit correctement la fusion et la fission nucléaires ?

La fusion scinde un noyau lourd, tandis que la fission assemble des noyaux légers.
La fusion assemble des noyaux légers, tandis que la fission scinde un noyau lourd.
La fusion transforme un noyau en rayonnement, tandis que la fission assemble des noyaux légers.
La fusion assemble des noyaux lourds, tandis que la fission scinde un noyau léger.

La fusion assemble des noyaux légers, tandis que la fission scinde un noyau lourd.

Explication

La fusion réunit des noyaux légers pour former un noyau plus lourd, alors que la fission divise un noyau lourd en noyaux plus légers. L’inversion de ces deux processus confond leurs définitions.

3. Quelle succession de réactions se déroule dans le cœur d’une étoile au cours de la formation d’éléments plus lourds ?

Des noyaux d’hydrogène fusionnent en hélium, puis les noyaux formés fusionnent à leur tour
Des noyaux d’hydrogène se fendent en hélium, puis les fragments produisent des noyaux plus légers
Des noyaux d’hélium se désintègrent en hydrogène, puis les noyaux obtenus fusionnent
Des noyaux de fer fusionnent en hydrogène, puis l’hydrogène se désintègre en hélium

Des noyaux d’hydrogène fusionnent en hélium, puis les noyaux formés fusionnent à leur tour

Explication

La fusion de noyaux d’hydrogène produit de l’hélium, dont les noyaux peuvent ensuite fusionner pour former des noyaux plus lourds. Une désintégration de l’hélium en hydrogène inverse le sens de la succession décrite.

4. Quelle réaction nucléaire est à l’origine de la lumière des étoiles ?

La capture de neutrons par des noyaux lourds, qui libère peu d’énergie.
La fusion de noyaux légers en un nucléide plus lourd, qui libère beaucoup d’énergie.
La fission de noyaux lourds en nucléides plus légers, qui libère beaucoup d’énergie.
La désintégration de nucléides radioactifs en particules, qui absorbe de l’énergie.

La fusion de noyaux légers en un nucléide plus lourd, qui libère beaucoup d’énergie.

Explication

La fusion de deux noyaux légers en un nucléide plus lourd dégage une forte quantité d’énergie, à l’origine de la lumière des étoiles. La fission peut aussi libérer de l’énergie, mais elle n’est pas le mécanisme indiqué pour cette lumière.

5. Quel élément représente la plus grande proportion en quantité de matière sur Terre parmi ceux indiqués ?

Le silicium, avec 14 %
Le magnésium, avec 16 %
L’oxygène, avec 49 %
Le fer, avec 14 %

L’oxygène, avec 49 %

Explication

L’oxygène constitue 49 % de la quantité de matière terrestre indiquée, ce qui en fait la proportion la plus élevée de cette répartition. Le magnésium arrive ensuite avec 16 %, tandis que le fer et le silicium en représentent chacun 14 %.

6. Quelle observation a conduit Henri Becquerel à découvrir la radioactivité en 1896 ?

Une plaque photographique gardée dans l’obscurité près d’un composé de radium s’est tachée.
Une plaque photographique gardée dans l’obscurité près d’un composé d’uranium s’est tachée sans soleil.
Un composé d’uranium a cessé d’émettre un rayonnement après avoir été placé dans l’obscurité.
Une plaque photographique exposée au soleil près d’un composé d’uranium s’est tachée.

Une plaque photographique gardée dans l’obscurité près d’un composé d’uranium s’est tachée sans soleil.

Explication

Becquerel a constaté qu’une plaque placée dans l’obscurité près d’un composé contenant de l’uranium se tachait sans exposition au soleil. L’exposition au soleil ne correspond pas à l’observation qui a révélé le phénomène.

7. À masse engagée équivalente, comment se compare l’énergie dégagée par la fusion à celle de la fission ?

La fusion en dégage une quantité comparable à celle de la fission.
La fusion en dégage environ deux fois moins que la fission.
La fission en dégage environ cinq à dix fois plus que la fusion.
La fusion en dégage environ cinq à dix fois plus que la fission.

La fusion en dégage environ cinq à dix fois plus que la fission.

Explication

Pour une même masse engagée, la fusion libère de cinq à dix fois plus d’énergie que la fission. Une quantité comparable ne rend pas compte de cet écart important.

8. Que mesure le becquerel lorsqu’il caractérise un échantillon radioactif ?

Son énergie, exprimée par la quantité libérée lors d’une désintégration.
Sa durée de vie, exprimée par le temps nécessaire à sa désintégration complète.
Sa masse radioactive, exprimée par la quantité de matière présente.
Son activité, exprimée par le nombre de désintégrations par seconde.

Son activité, exprimée par le nombre de désintégrations par seconde.

Explication

Le becquerel mesure l’activité radioactive, c’est-à-dire le nombre de désintégrations qui se produisent chaque seconde. Il ne mesure pas la quantité de matière radioactive, confusion possible entre activité et quantité d’échantillon.

9. Quel aspect présente le spectre d’émission d’une étoile lorsque certains éléments de son atmosphère absorbent sa lumière ?

Un fond continu traversé par des raies noires d’absorption
Un fond sombre traversé par des raies noires d’émission
Un ensemble de raies lumineuses sur un fond entièrement sombre
Un spectre continu dépourvu de raies liées à l’atmosphère

Un fond continu traversé par des raies noires d’absorption

Explication

Le spectre stellaire est continu, mais certains éléments de l’atmosphère absorbent des longueurs d’onde et produisent des raies noires. Des raies lumineuses sur fond sombre caractérisent plutôt un spectre d’émission de gaz peu dense.

10. Quelle description définit la nucléosynthèse stellaire dans une étoile suffisamment massive ?

La formation de noyaux par fissions successives dans l’atmosphère, du fer jusqu’à l’hydrogène
La formation de noyaux par fusions successives dans le cœur, de l’hydrogène jusqu’au fer
La création d’éléments par réactions chimiques à la surface, de l’hélium jusqu’au carbone
La transformation de noyaux en lumière dans le cœur, du fer jusqu’aux éléments les plus légers

La formation de noyaux par fusions successives dans le cœur, de l’hydrogène jusqu’au fer

Explication

La nucléosynthèse stellaire correspond à la formation de noyaux par fusion successive dans le cœur des étoiles, depuis l’hydrogène jusqu’au fer dans les étoiles assez massives. La fission du fer dans l’atmosphère décrit un mécanisme et un lieu différents.

11. Lors de la fusion du deutérium et du tritium, quels produits sont formés ?

Un noyau d’hélium 3 et un proton.
Un noyau de tritium et un neutron.
Un noyau d’hélium 4 et un neutron.
Un noyau de lithium 6 et un photon.

Un noyau d’hélium 4 et un neutron.

Explication

La réaction du deutérium avec le tritium produit un noyau d’hélium 4 et un neutron. La production d’hélium 3 et d’un proton correspond à d’autres réactions nucléaires, pas à celle décrite ici.

12. Que se passe-t-il lorsqu’un neutron de faible énergie percute un noyau lourd fissile ?

Le noyau se scinde généralement en deux noyaux plus légers et produit deux ou trois neutrons.
Le noyau émet un neutron sans se scinder et conserve sa composition.
Le noyau fusionne avec le neutron pour former un noyau plus lourd et produit un photon.
Le noyau se scinde généralement en deux noyaux plus légers et absorbe les neutrons produits.

Le noyau se scinde généralement en deux noyaux plus légers et produit deux ou trois neutrons.

Explication

La collision avec un neutron de faible énergie peut provoquer la fission du noyau lourd fissile, qui forme généralement deux noyaux plus légers et deux ou trois neutrons. L’absorption des neutrons produits contredit leur émission lors de cette réaction.

13. Comment peut-on déterminer la composition chimique d’une étoile en étudiant sa lumière ?

En analysant les mouvements de son atmosphère et en les comparant à ceux de la Terre
En mesurant sa température et en la comparant à celle des roches terrestres
En observant sa luminosité et en la comparant à celle d’autres étoiles
En décomposant sa lumière et en comparant son spectre à ceux d’éléments terrestres connus

En décomposant sa lumière et en comparant son spectre à ceux d’éléments terrestres connus

Explication

La décomposition de la lumière stellaire permet de comparer son spectre à ceux d’éléments connus sur Terre et d’identifier la composition chimique. La température peut renseigner sur certaines propriétés de l’étoile, mais cette comparaison spectrale est la méthode décrite ici.

14. Pourquoi l’hydrogène et l’hélium sont-ils les éléments les plus abondants de l’Univers ?

Parce qu’ils se forment après les noyaux de fer dans les réactions stellaires
Parce qu’ils sont les seuls éléments présents dans le cœur des étoiles
Parce qu’ils sont les éléments les plus légers
Parce qu’ils sont produits uniquement dans les étoiles massives

Parce qu’ils sont les éléments les plus légers

Explication

L’hydrogène et l’hélium dominent l’Univers parce qu’ils sont les éléments les plus légers. Les étoiles peuvent former des noyaux plus lourds par fusion, mais cela ne signifie pas que l’hydrogène et l’hélium soient les seuls éléments présents dans leur cœur.

15. Dans la répartition de la quantité de matière du corps humain, quels sont les deux éléments les plus abondants ?

L’oxygène à 49 % et le magnésium à 16 %
Le carbone à 61 % et l’hydrogène à 24 %
L’hydrogène à 61 % et l’oxygène à 24 %
L’hydrogène à 74 % et l’hélium à 24 %

L’hydrogène à 61 % et l’oxygène à 24 %

Explication

Dans le corps humain, l’hydrogène représente 61 % et l’oxygène 24 % de la quantité de matière. Les proportions associées à l’oxygène et au magnésium décrivent la Terre, tandis que celles de l’hydrogène et de l’hélium concernent l’Univers en masse.

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Que permet de déterminer l’analyse du spectre lumineux d’une étoile ?

Sa composition chimique.

Comment l’analyse du spectre lumineux d’une étoile détermine-t-elle sa composition chimique ?

En comparant son spectre aux spectres connus des éléments terrestres.

Quelles raies le spectre d’émission d’une étoile présente-t-il ?

Des raies noires dues à l’absorption de certains éléments de son atmosphère.

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