QCM : Optique et stabilité chimique (28 questions)

Questions et réponses du QCM

1. Un rayon lumineux atteint une surface de séparation. Dans quel cas s’agit-il d’une réfraction plutôt que d’une réflexion ?

Le rayon traverse la surface et se propage dans le deuxième milieu en changeant de direction.
Le rayon repart dans le premier milieu en changeant de direction.
Le rayon traverse la surface et poursuit son trajet sans changer de direction.
Le rayon reste dans le premier milieu et poursuit son trajet sans changer de direction.

Le rayon traverse la surface et se propage dans le deuxième milieu en changeant de direction.

Explication

La réfraction correspond au passage dans le deuxième milieu accompagné d’une déviation. Le retour dans le premier milieu décrit la réflexion, tandis que les trajets sans déviation ne correspondent pas à cette distinction.

2. Une personne observe son reflet dans un miroir : quel phénomène explique ce qu’elle voit ?

La réfraction de la lumière.
La réflexion de la lumière.
La transmission sans déviation de la lumière.
L’absorption de la lumière.

La réflexion de la lumière.

Explication

Le reflet dans un miroir est un exemple courant de réflexion, où la lumière est renvoyée dans le milieu initial. La réfraction implique un passage dans un autre milieu, et la transmission sans déviation ou l’absorption ne rend pas compte du reflet.

3. Dans une expérience, un rayon incident, un rayon réfléchi et un rayon réfracté sont observés à une interface. Quelle disposition respecte la première loi de Snell-Descartes ?

Les trois rayons appartiennent au même plan, appelé plan d’incidence.
Les rayons incident et réfléchi sont dans un plan, et le rayon réfracté dans un autre.
Les trois rayons appartiennent au même plan, qui est la surface de séparation.
Les trois rayons sont alignés dans une direction commune.

Les trois rayons appartiennent au même plan, appelé plan d’incidence.

Explication

La première loi stipule que les rayons incident, réfléchi et réfracté appartiennent au même plan, nommé plan d’incidence. La surface de séparation n’est pas ce plan, et la loi n’impose ni une séparation des plans ni l’alignement des rayons.

4. Un rayon arrive sur un miroir avec un angle d’incidence de 37∘37^\circ. Quel est son angle de réflexion ?

−37∘-37^\circ
74∘74^\circ
53∘53^\circ
37∘37^\circ

$$37^\circ$$

Explication

Pour la réflexion, la loi donne l’égalité entre l’angle d’incidence et l’angle de réflexion : i1=iri_1=i_r. Le complément à 90∘90^\circ, le doublement ou le changement de signe ne sont pas prévus par cette relation.

5. Un rayon passe d’un milieu d’indice n1=1,2n_1=1{,}2 à un milieu d’indice n2=1,5n_2=1{,}5 avec un angle d’incidence i1=30∘i_1=30^\circ. Quelle relation permet de déterminer l’angle réfracté i2i_2 ?

1,2sin⁡30∘=1,5sin⁡i21{,}2\sin 30^\circ=1{,}5\sin i_2
1,2tan⁡30∘=1,5tan⁡i21{,}2\tan 30^\circ=1{,}5\tan i_2
30∘=i230^\circ=i_2
1,5sin⁡30∘=1,2sin⁡i21{,}5\sin 30^\circ=1{,}2\sin i_2

$$1{,}2\sin 30^\circ=1{,}5\sin i_2$$

Explication

La loi de réfraction s’écrit n1sin⁡i1=n2sin⁡i2n_1\sin i_1=n_2\sin i_2; en remplaçant par les valeurs données, on obtient la relation indiquée. Inverser les indices, utiliser la tangente ou égaliser directement les angles applique une règle différente.

6. Dans un milieu transparent, la lumière se propage à 2,00×108 m⋅s−12{,}00 \times 10^8\ \text{m·s}^{-1}. En prenant sa vitesse dans le vide égale à 3,00×108 m⋅s−13{,}00 \times 10^8\ \text{m·s}^{-1}, quel est l’indice de réfraction du milieu ?

1,00×1081{,}00 \times 10^8
1,501{,}50
0,670{,}67
0,500{,}50

$$1{,}50$$

Explication

L’indice se calcule par n=cvn=\frac{c}{v}, donc n=3,00×1082,00×108=1,50n=\frac{3{,}00 \times 10^8}{2{,}00 \times 10^8}=1{,}50. La valeur 0,670{,}67 provient de l’inversion du rapport, tandis que la différence des vitesses ou leur mauvais ordre ne donne pas l’indice.

7. Quelle grandeur l’indice de réfraction caractérise-t-il pour un milieu transparent ?

La puissance lumineuse émise par la source qui l’éclaire
La nature du milieu et la propagation de la lumière en son sein
La direction suivie par un rayon à la surface de séparation
La quantité de matière contenue dans le milieu transparent

La nature du milieu et la propagation de la lumière en son sein

Explication

L’indice de réfraction caractérise un milieu transparent et est lié à la vitesse de propagation de la lumière dans ce milieu. La direction du rayon relève de la géométrie de la réfraction, la quantité de matière n’est pas caractérisée par cet indice, et la puissance concerne la source.

8. On compare les couches externes des atomes d’hélium, de néon et d’argon : quel nombre d’électrons correspond à une couche saturée pour l’hélium, puis pour le néon et l’argon ?

8 pour l’hélium, le néon et l’argon
2 pour l’hélium, le néon et l’argon
2 pour l’hélium, 8 pour le néon et l’argon
8 pour l’hélium, 2 pour le néon et l’argon

2 pour l’hélium, 8 pour le néon et l’argon

Explication

La couche externe de l’hélium est saturée à 2 électrons, tandis que celles du néon et de l’argon le sont à 8. Attribuer un octet à l’hélium confond duet et octet ; un duet ou un octet commun aux trois ignore cette distinction.

9. Lors d’une transformation chimique, un atome possède une couche de valence non saturée. Vers quelle configuration tend-il ?

Celle d’un métal voisin, même si sa couche de valence reste non saturée
Celle du gaz noble le plus proche, avec un duet ou un octet saturé
Celle d’un atome quelconque dont la couche de valence reste partiellement remplie
Celle du gaz noble le plus éloigné, avec une couche externe saturée

Celle du gaz noble le plus proche, avec un duet ou un octet saturé

Explication

Au cours des transformations chimiques, les atomes tendent à adopter la configuration du gaz noble le plus proche, avec une couche de valence saturée en duet ou en octet. Une couche partiellement remplie ne répond pas à cette règle, et le gaz noble le plus éloigné n’est pas la configuration visée.

10. Un atome possède une couche externe presque saturée et peut atteindre la configuration électronique du gaz noble le plus proche en cédant des électrons. Que peut-il faire pour former un ion monoatomique stable ?

Gagner un ou plusieurs électrons
Conserver tous ses électrons sans transformation
Perdre un ou plusieurs électrons
Mettre en commun des électrons avec un autre atome

Perdre un ou plusieurs électrons

Explication

Un atome peut perdre ou gagner un ou plusieurs électrons afin d’atteindre la configuration du gaz noble le plus proche. Gagner inverse le sens de la cession, mettre en commun correspond à la formation de molécules, et conserver tous ses électrons ne réalise pas le changement décrit.

11. Un élément se trouve dans la colonne 16 du tableau périodique. Quelle charge ionique est indiquée pour les éléments de cette colonne ?

+3+3
2−2-
3−3-
1−1-

$$2-$$

Explication

Les éléments de la colonne 16 sont associés à une charge ionique de 2−2-. La charge 3−3- correspond à la colonne 15, 1−1- à la colonne 17 et +3+3 à la colonne 13.

12. Deux atomes forment une entité stable en partageant des électrons afin d’atteindre la configuration électronique du gaz noble le plus proche. Quelle entité se forme ainsi ?

Un atome neutre isolé
Une molécule stable
Un ion monoatomique stable
Un gaz noble isolé

Une molécule stable

Explication

La mise en commun d’un ou plusieurs électrons permet à des atomes de former des molécules stables. Le transfert d’électrons mène à des ions, tandis qu’un atome isolé ou un gaz noble ne désigne pas le résultat de ce partage.

13. Dans un schéma de Lewis, comment représente-t-on les électrons de valence d’un atome ?

Par des doublets figurés par des traits
Par des électrons isolés figurés par des cercles
Par des couches électroniques figurées par des anneaux
Par des doublets placés entre tous les symboles

Par des doublets figurés par des traits

Explication

Dans le modèle de Lewis, le symbole représente l’atome et ses électrons de valence sont regroupés par paires, figurées par des traits. Les cercles et les anneaux ne sont pas la représentation décrite, et placer les doublets entre les symboles confond leur représentation avec celle des doublets liants.

14. Dans une représentation de Lewis, un doublet apparaît autour du symbole d’un atome et ne se trouve pas entre deux symboles. Comment faut-il le classer ?

Comme un doublet non liant
Comme une liaison entre deux atomes
Comme un doublet liant
Comme une paire d’électrons partagée

Comme un doublet non liant

Explication

Un doublet non liant se situe autour du symbole d’un atome et ses électrons appartiennent à cet atome. Un doublet liant se trouve entre deux symboles et correspond à des électrons mis en commun par les deux atomes.

15. Un rayon passe de l’air vers le verre, dont l’indice de réfraction est supérieur à celui de l’air. Comment l’angle réfracté se compare-t-il à l’angle d’incidence ?

Il dépend de la couleur du rayon plutôt que des indices.
Il est égal à l’angle d’incidence.
Il est plus petit que l’angle d’incidence.
Il est plus grand que l’angle d’incidence.

Il est plus petit que l’angle d’incidence.

Explication

Quand la lumière passe vers un milieu d’indice plus élevé, l’angle réfracté est plus petit que l’angle d’incidence. L’égalité des angles néglige la réfraction, tandis qu’un angle plus grand correspond au passage vers un indice plus faible.

16. Un rayon passe de l’air à l’eau avec un angle d’incidence de 40°. Quelle valeur approximative prend l’angle de réfraction, et dans quel sens le rayon se dévie-t-il ?

Environ 29°, en s’éloignant de la normale.
Environ 29°, en se rapprochant de la normale.
Environ 40°, sans déviation par rapport à la normale.
Environ 51°, en s’éloignant de la normale.

Environ 29°, en se rapprochant de la normale.

Explication

Pour un passage de l’air à l’eau à 40° d’incidence, l’angle réfracté vaut environ 29° et le rayon se rapproche de la normale. La valeur 40° confond les deux angles, tandis que s’éloigner de la normale inverse la déviation.

17. Pour réaliser l’expérience où des flèches semblent changer de sens à travers un verre d’eau, quelle mise en place faut-il choisir ?

Dessiner deux flèches vers la gauche, placer la feuille à plat sous le verre, puis remplir celui-ci progressivement.
Dessiner deux flèches vers la gauche, placer la feuille verticalement derrière le verre, puis remplir celui-ci progressivement.
Dessiner deux flèches vers la gauche, placer la feuille verticalement derrière le verre déjà rempli.
Dessiner deux flèches vers la droite, placer la feuille verticalement derrière le verre, puis remplir celui-ci progressivement.

Dessiner deux flèches vers la gauche, placer la feuille verticalement derrière le verre, puis remplir celui-ci progressivement.

Explication

Le protocole demande deux flèches horizontales pointant vers la gauche, une feuille verticale derrière le verre et un remplissage progressif. Les flèches vers la droite changent leur orientation initiale; la feuille à plat et le verre déjà rempli ne suivent pas la mise en place décrite.

18. Quel protocole permet de rendre presque invisible un tube à essai en verre dans de l’huile végétale ?

Placer un tube vide dans un grand bécher d’eau, puis remplir progressivement le tube avec de l’huile végétale.
Placer un tube vide dans un grand bécher d’huile végétale, puis remplir progressivement le tube avec la même huile.
Placer une baguette en bois dans un grand bécher d’huile végétale, puis la déplacer progressivement.
Placer un tube vide dans un grand bécher d’huile végétale, puis remplir progressivement le tube avec de l’eau.

Placer un tube vide dans un grand bécher d’huile végétale, puis remplir progressivement le tube avec la même huile.

Explication

L’expérience utilise de l’huile végétale dans le bécher et la même huile versée progressivement dans le tube à essai. L’eau ou un liquide différent ne respecte pas l’identité des liquides requise, et la baguette en bois relève d’une autre expérience.

19. Comment appelle-t-on la séparation des radiations colorées qui composent une lumière ?

La dispersion de la lumière
La diffusion de la lumière
L’absorption de la lumière
La réflexion de la lumière

La dispersion de la lumière

Explication

La dispersion désigne la séparation des radiations colorées présentes dans une lumière. L’absorption correspond à la capture de lumière, la réflexion à son renvoi et la diffusion à sa propagation dans plusieurs directions.

20. Dans une expérience, l’indice de réfraction d’un liquide varie selon la longueur d’onde et prend une valeur différente pour chaque radiation colorée. Comment caractérise-t-on ce liquide ?

Comme une lumière monochromatique
Comme un milieu dispersif
Comme un milieu absorbant sélectif
Comme un milieu non dispersif

Comme un milieu dispersif

Explication

Un milieu est dispersif lorsque son indice de réfraction dépend de la longueur d’onde et diffère d’une radiation colorée à l’autre. L’absorption sélective concerne la lumière absorbée, un milieu non dispersif ne présente pas cette dépendance et la monochromatie décrit une lumière, non un milieu.

21. Un faisceau de lumière blanche traverse un prisme et ressort sous forme de radiations colorées séparées. Quel mécanisme explique cette séparation ?

Deux réfractions successives dévient pareillement les radiations
La réflexion sur les faces sépare les radiations colorées
Une réfraction unique sépare les radiations colorées
Deux réfractions successives dévient différemment les radiations

Deux réfractions successives dévient différemment les radiations

Explication

Le prisme disperse la lumière blanche lors de deux réfractions successives, et chaque radiation est réfractée avec un angle différent. Une réfraction unique ne décrit pas le mécanisme indiqué, la réflexion n’est pas la cause, et des angles identiques ne sépareraient pas les radiations.

22. Dans une molécule, quel nombre de liaisons covalentes et de doublets non liants doit-on attribuer à un atome d’azote ?

Deux liaisons et deux doublets non liants
Trois liaisons et un doublet non liant
Une liaison et trois doublets non liants
Quatre liaisons et aucun doublet non liant

Trois liaisons et un doublet non liant

Explication

L’azote forme trois liaisons covalentes et possède un doublet non liant. Quatre liaisons correspondent au carbone, tandis que deux liaisons et deux doublets caractérisent l’oxygène, et une liaison avec trois doublets caractérise le chlore.

23. Lorsqu’on vérifie une molécule, chaque atome autre que l’hydrogène possède huit électrons de valence autour de lui et chaque hydrogène en possède deux. Quelle conclusion s’applique à la stabilité de cette molécule ?

Elle est instable, car l’hydrogène doit atteindre un octet
Sa stabilité dépend du nombre de liaisons, pas des électrons de valence
Elle est instable, car les autres atomes doivent atteindre un duet
Elle est stable, car chaque atome atteint le duet ou l’octet requis

Elle est stable, car chaque atome atteint le duet ou l’octet requis

Explication

Une molécule est stable lorsque chaque atome atteint une configuration de valence de gaz noble : le duet pour l’hydrogène et l’octet pour les autres atomes. Demander un octet à l’hydrogène ou un duet aux autres inverse ces règles, et le critère porte sur les électrons de valence, non sur le seul nombre de liaisons.

24. Pour rompre une liaison covalente A—B et obtenir les atomes isolés A et B, que représente l’énergie de liaison ?

L’énergie libérée lorsque les atomes forment la liaison covalente
L’énergie qu’il faut fournir pour rompre la liaison et reformer les atomes isolés
L’énergie nécessaire pour séparer les noyaux en laissant les électrons liés
L’énergie qu’il faut fournir pour arracher des électrons aux atomes

L’énergie qu’il faut fournir pour rompre la liaison et reformer les atomes isolés

Explication

L’énergie de liaison est l’énergie à fournir pour rompre la liaison covalente et reformer les atomes isolés. La formation de la liaison libère de l’énergie, tandis que l’arrachement d’électrons correspond à une ionisation.

25. Un élève classe les liaisons C=C, C—H et C—C de la plus stable à la moins stable. Quel ordre doit-il retenir ?

C=C, puis C—C, puis C—H
C=C, puis C—H, puis C—C
C—H, puis C=C, puis C—C
C—C, puis C—H, puis C=C

C=C, puis C—H, puis C—C

Explication

La stabilité décroît avec l’énergie de liaison : C=C est la plus stable, suivie de C—H, puis de C—C. L’ordre inverse confond énergie de rupture et stabilité, tandis que les autres classements inversent la position de deux liaisons.

26. Dans une pièce où l’air est transparent et homogène, quel modèle décrit le trajet de la lumière entre une lampe et l’œil d’un observateur ?

Un rayon lumineux orienté en ligne droite de la lampe vers l’œil
Un rayon lumineux orienté en ligne droite de l’œil vers la lampe
Un rayon lumineux non orienté en ligne droite de la lampe vers l’œil
Un rayon lumineux orienté en courbe de la lampe vers l’œil

Un rayon lumineux orienté en ligne droite de la lampe vers l’œil

Explication

Dans un milieu transparent et homogène, la lumière se propage en ligne droite de la source à l’œil et se représente par un rayon orienté. Une ligne non orientée omet le sens de propagation, une courbe contredit la propagation rectiligne et l’orientation inverse le trajet.

27. Pour estimer la durée du trajet de la lumière dans le vide sur une distance de 6,00×108 m6{,}00\times10^8\ \mathrm{m}, quelle célérité arrondie faut-il utiliser ?

3,00×109 m⋅s−13{,}00\times10^9\ \mathrm{m\cdot s^{-1}}
340 m⋅s−1340\ \mathrm{m\cdot s^{-1}}
3,00×108 m⋅s−13{,}00\times10^8\ \mathrm{m\cdot s^{-1}}
3,00×107 m⋅s−13{,}00\times10^7\ \mathrm{m\cdot s^{-1}}

$$3{,}00\times10^8\ \mathrm{m\cdot s^{-1}}$$

Explication

La célérité arrondie de la lumière dans le vide est 3,00×108 m⋅s−13{,}00\times10^8\ \mathrm{m\cdot s^{-1}}. La valeur 340 m⋅s−1340\ \mathrm{m\cdot s^{-1}} correspond au son dans l’air, et les deux autres valeurs décalent la puissance de dix.

28. Un faisceau lumineux traverse une interface de l’eau vers l’air. Que se produit-il à son passage ?

La lumière cesse de se propager à l’interface
La lumière est réfléchie vers l’eau
La lumière est déviée
La lumière suit une ligne droite sans changement de direction

La lumière est déviée

Explication

Lorsqu’elle passe de l’eau à l’air, la lumière est déviée : c’est le phénomène de réfraction. La réflexion renvoie la lumière, la propagation rectiligne concerne un milieu homogène et l’interface n’arrête pas nécessairement le faisceau.

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Où la réflexion renvoie-t-elle la lumière et que modifie-t-elle ?

Elle la renvoie dans le premier milieu en changeant sa direction.

Que fait la réfraction à la lumière lorsqu’elle traverse une surface de séparation ?

Elle dévie le rayon dans le deuxième milieu.

Selon la première loi de Snell-Descartes, dans quel plan se trouvent les rayons incident, réfléchi et réfracté ?

Dans le plan d’incidence.

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