3e prépa-métiers | Physique-Chimie | Signaux
Dernière mise à jour : 21 octobre 2026
Matériel : un stylo, un crayon à papier, une règle et la calculatrice (autorisée). Lis chaque question jusqu'au bout avant de répondre. Écris toujours l'unité à côté d'un résultat (km, s, min ou ans).
C1 · Aide : dans le noir complet, l'objet brille tout seul → source primaire. Il faut l'éclairer pour le voir → objet diffusant.
1. Pour chaque objet, coche la bonne case.
| Objet | Source primaire | Objet diffusant |
|---|---|---|
| a) le Soleil | ☐ | ☐ |
| b) un tee-shirt | ☐ | ☐ |
| c) une lampe torche allumée | ☐ | ☐ |
| d) la Lune | ☐ | ☐ |
| e) la flamme d'un briquet | ☐ | ☐ |
| f) un ballon de foot | ☐ | ☐ |
2. Ta chambre est dans le noir complet. Un livre est posé sur le lit. Le vois-tu ? Coche la bonne réponse.
☐ oui, on voit toujours un livre
☐ non, il faut éclairer le livre pour le voir
3. Pour voir un objet, la lumière doit… Entoure la bonne réponse : sortir de l'œil / entrer dans l'œil
1. 0,5 pt par ligne. a) Le Soleil : source primaire. b) Le tee-shirt : objet diffusant. c) La lampe allumée : source primaire. d) La Lune : objet diffusant (elle renvoie la lumière du Soleil). e) La flamme : source primaire. f) Le ballon : objet diffusant.
2. La deuxième réponse (1 pt). Le livre ne produit pas de lumière : sans lumière, il ne renvoie rien vers l'œil.
3. Entrer dans l'œil (1 pt). L'œil reçoit la lumière, il n'en produit pas.
C2 · Aide : la lumière va en ligne droite. L'ombre propre est sur l'objet (le côté non éclairé). L'ombre portée est derrière l'objet, sur le mur ou le sol.
1. La lumière se propage… Entoure la bonne réponse : en ligne droite / en faisant des virages
Le soir, un projecteur éclaire un ballon. On voit deux zones sombres : A et B.
2. Complète avec les mots propre ou portée.
La zone A, sur le ballon, est l'ombre .
La zone B, sur le mur, est l'ombre .
3. Le matin, le Soleil est à l'est. L'ombre portée d'un arbre est du côté opposé au Soleil. Entoure : à l'est / à l'ouest
4. Yanis regarde une lampe allumée à travers un tuyau courbé. Coche la bonne réponse.
☐ il voit la lampe
☐ il ne voit pas la lampe, car la lumière va en ligne droite
1. En ligne droite (1 pt) : la propagation de la lumière est rectiligne.
2. La zone A est l'ombre propre : la partie du ballon qui n'est pas éclairée (1 pt). La zone B est l'ombre portée : la zone du mur où la lumière n'arrive pas (1 pt).
3. À l'ouest (1 pt) : l'ombre portée est du côté opposé à la source de lumière.
4. La deuxième réponse (1 pt). La lumière ne peut pas suivre la courbe du tuyau.
C3, C4 · Aide : v = 300 000 km/s. Pour une distance : d = v × t. Pour une durée : t = d / v. Une étoile à N années-lumière : sa lumière met N années pour arriver.
1. Entoure la vitesse de la lumière : 340 m/s / 300 000 km/s / 130 km/h
2. Calcule la distance parcourue par la lumière en 2 secondes. Complète.
d = v × t = 300 000 × = km
3. Le Soleil est à environ 150 000 000 km de la Terre. Calcule la durée que met sa lumière pour arriver sur Terre. Complète.
t = d / v = / 300 000 = s
4. L'année-lumière est une unité de… Entoure : durée / distance
5. L'étoile Proxima du Centaure est à 4,2 années-lumière. Sa lumière met… Entoure : 4,2 secondes / 4,2 jours / 4,2 ans
Sources : distance Terre-Soleil (Union astronomique internationale) ; Proxima du Centaure à 4,2 al (NASA).
1. 300 000 km/s (1 pt). 340 m/s est la vitesse du son dans l'air.
2. d = 300 000 × 2 = 600 000 km (0,5 pt pour 2, 1 pt pour le résultat avec l'unité).
3. t = 150 000 000 / 300 000 = 500 s (0,5 pt pour 150 000 000, 1 pt pour le résultat avec l'unité). 500 s = 8 min 20 s : la lumière du Soleil met environ 8 minutes pour nous arriver.
4. Distance (0,5 pt) : malgré son nom, l'année-lumière est une distance.
5. 4,2 ans (0,5 pt).
C5 · Aide : le Soleil, les lasers et l'arc de soudure peuvent brûler le fond de l'œil, sans faire mal. On ne les regarde jamais sans protection.
1. Est-ce dangereux pour les yeux ? Coche la bonne case.
| Situation | Dangereux | Pas dangereux |
|---|---|---|
| a) regarder le Soleil en face quelques secondes | ☐ | ☐ |
| b) lire un livre sous une lampe de bureau | ☐ | ☐ |
| c) regarder un camarade souder à l'arc, sans masque | ☐ | ☐ |
| d) viser les yeux de quelqu'un avec un pointeur laser | ☐ | ☐ |
2. Lina veut regarder une éclipse de Soleil. Que doit-elle utiliser ? Coche la bonne réponse.
☐ des lunettes de soleil
☐ des lunettes spéciales d'éclipse
Voici deux panneaux vus dans un atelier.
3. Entoure la bonne réponse sur chaque ligne.
Le panneau 1 (triangle jaune) signale : un danger / une obligation
Le panneau 2 (disque bleu) signale : un danger / une obligation
4. Pour protéger ses yeux, le soudeur porte… Entoure : un casque antibruit / un masque à vitre filtrante / une casquette
1. 0,5 pt par ligne. a) Dangereux : le Soleil peut brûler la rétine. b) Pas dangereux : une lampe de bureau n'est pas une source dangereuse. c) Dangereux : la lumière de l'arc brûle les yeux (le « coup d'arc »). d) Dangereux : le faisceau laser est très concentré.
2. Des lunettes spéciales d'éclipse (1 pt). Les lunettes de soleil ne protègent pas assez.
3. Panneau 1 : un danger (ici, un laser) ; panneau 2 : une obligation (porter des lunettes de protection). 0,5 pt chacun.
4. Un masque à vitre filtrante (1 pt).
C1 · Distinguer une source primaire de lumière et un objet diffusant.
Un match de foot a lieu le soir. Les projecteurs du stade sont allumés. Un écran géant allumé affiche le score. Dans le ciel, on voit la Lune.
1. Classe ces objets en deux listes : sources primaires et objets diffusants.
les projecteurs allumés · le ballon · la Lune · l'écran géant allumé
2. Explique comment un spectateur voit le ballon. Décris le trajet de la lumière.
3. Inès dit : « La Lune brille beaucoup, donc c'est une source primaire. » Explique son erreur.
1. 0,5 pt par objet bien placé. Sources primaires : les projecteurs allumés, l'écran géant allumé. Objets diffusants : le ballon, la Lune.
2. La lumière part des projecteurs (0,5 pt) et arrive sur le ballon. Le ballon renvoie une partie de cette lumière dans toutes les directions (0,5 pt). Une partie entre dans l'œil du spectateur (0,5 pt).
3. La Lune ne produit pas de lumière (0,5 pt). Elle est éclairée par le Soleil et renvoie une partie de cette lumière vers la Terre (0,5 pt) : c'est un objet diffusant (0,5 pt). Un objet qui brille n'est pas forcément une source primaire.
C2 · Utiliser la propagation rectiligne et le modèle du rayon lumineux. Prends ta règle.
Sur un chantier, un projecteur éclaire un carton posé debout devant un mur.
1. Quelle propriété de la lumière explique qu'il y a une ombre derrière le carton ?
2. Sur le schéma, trace à la règle le rayon qui frôle le bord H et le rayon qui frôle le bord B, jusqu'au mur. N'oublie pas les flèches. Colorie l'ombre portée sur le mur.
3. On rapproche le projecteur du carton. L'ombre portée grandit-elle ou rétrécit-elle ?
4. Explique la différence entre l'ombre propre et l'ombre portée.
1. La lumière se propage en ligne droite (1 pt) : elle ne contourne pas le carton opaque.
2. Deux rayons droits, tracés à la règle, avec une flèche du projecteur vers le mur (0,5 pt chacun). L'ombre portée est la zone du mur entre les deux rayons (1 pt).
3. L'ombre portée grandit (1 pt) : les rayons qui frôlent le carton s'écartent davantage.
4. L'ombre propre est sur l'objet : la partie non éclairée (0,5 pt). L'ombre portée est derrière l'objet, sur le mur ou le sol, là où la lumière n'arrive pas (0,5 pt).
C3, C4 · Utilise les rappels. Écris la formule, le calcul, puis le résultat avec son unité.
| Astre | Distance à la Terre |
|---|---|
| la Lune | 384 000 km |
| la planète Mars, un jour donné | 90 millions de km |
| l'étoile Véga | 25 années-lumière |
Sources : distance Terre-Lune (IMCCE) ; Mars est entre 55 et 400 millions de km de la Terre selon les jours (NASA) ; Véga à 25 al (NASA).
1. Calcule la durée que met la lumière de la Lune pour arriver sur Terre.
2. Un robot sur Mars envoie une photo par radio. Les ondes radio vont aussi vite que la lumière. Calcule la durée du trajet en secondes, puis en minutes.
3. Combien de temps la lumière de Véga met-elle pour arriver sur Terre ?
4. Kenza dit : « L'année-lumière, c'est une durée. » A-t-elle raison ? Justifie.
5. Calcule la distance de Véga en km.
1. t = d / v = 384 000 / 300 000 = 1,28 s, environ 1,3 s (0,5 pt formule, 1 pt résultat avec l'unité).
2. 90 millions de km = 90 000 000 km. t = d / v = 90 000 000 / 300 000 = 300 s (1 pt). 300 s = 300 / 60 = 5 min (0,5 pt). On ne peut pas piloter le robot « en direct ».
3. Véga est à 25 al : sa lumière met 25 ans (0,5 pt).
4. Non : l'année-lumière est une distance, celle parcourue par la lumière en 1 an (0,5 pt).
5. 25 × 9,5 × 1012 = 237,5 × 1012 km, soit environ 2,4 × 1014 km (environ 240 000 milliards de km) (1 pt).
C5 · Connaître les dangers de certaines sources lumineuses et les protections.
Sur un chantier, Malik pose du carrelage. Il utilise un niveau laser pour tracer une ligne droite sur le mur. À quelques mètres, un collègue soude à l'arc une rampe en acier.
1. Cite les deux sources de lumière dangereuses pour les yeux sur ce chantier.
2. Quelle partie de l'œil ces lumières peuvent-elles brûler ? Pourquoi ne faut-il pas attendre d'avoir mal pour se protéger ?
3. Donne un bon geste ou une protection pour chaque situation : le niveau laser ; la soudure à l'arc ; l'observation d'une éclipse de Soleil.
4. Que signifie chacun de ces deux panneaux ?
1. Le faisceau du niveau laser et l'arc de soudure (0,5 pt chacun).
2. Elles peuvent brûler la rétine, le fond de l'œil (0,5 pt). La rétine n'a pas de capteur de douleur : la brûlure ne fait pas mal (0,5 pt), mais elle peut être définitive (0,5 pt).
3. 0,5 pt par situation. Niveau laser : ne jamais fixer le faisceau ni le diriger vers les yeux de quelqu'un. Soudure : le soudeur porte un masque à vitre filtrante ; les autres restent à l'écart ou derrière un écran de soudage. Éclipse : utiliser des lunettes spéciales d'éclipse, jamais des lunettes de soleil.
4. Panneau 1 : danger, laser (0,5 pt). Panneau 2 : obligation de porter des lunettes de protection (0,5 pt).
C1 · Lina dit : « Dans le noir, je ne vois pas mon chat parce que mes yeux n'ont plus assez de lumière à envoyer sur lui. »
1. Explique l'erreur de Lina. Pourquoi ne voit-elle pas son chat dans le noir ?
2. Tu disposes d'une boîte fermée, noire à l'intérieur, percée de deux petits trous, d'une balle et d'une lampe de poche. Décris une expérience qui montre que la balle est un objet diffusant. Dis ce que l'on observe.
3. La nuit, un panneau routier semble briller quand les phares d'une voiture l'éclairent. Est-ce une source primaire ? Justifie avec le trajet de la lumière.
1. L'œil ne produit pas de lumière : il la reçoit (0,5 pt). Le chat est un objet diffusant : dans le noir, il n'est pas éclairé (0,5 pt), donc il ne renvoie aucune lumière vers l'œil de Lina (0,5 pt).
2. On place la balle dans la boîte. On bouche le trou d'éclairage et on regarde par l'autre trou : on ne voit pas la balle (0,75 pt). On éclaire par le second trou avec la lampe : on voit la balle (0,75 pt). La balle ne se voit que si elle est éclairée : elle ne produit pas de lumière, c'est un objet diffusant (0,5 pt).
3. Non (0,5 pt). La lumière va des phares (source primaire) au panneau, puis le panneau la renvoie vers les yeux du conducteur (0,5 pt). Sans les phares, le panneau ne brille pas : c'est un objet diffusant (0,5 pt).
C2 · Prends ta règle. Une lampe éclaire un carton suspendu à un fil fin, devant un mur.
1. Construis à la règle l'ombre portée du carton sur le mur. Explique en une phrase ta construction.
2. On monte la lampe plus haut, sans bouger le carton. L'ombre portée monte-t-elle ou descend-elle sur le mur ? Justifie.
3. Pendant une éclipse de Soleil, il fait sombre en plein jour sur une petite partie de la Terre. Explique ce phénomène avec les mots : source, objet opaque, ligne droite, ombre portée.
1. Je trace à la règle, depuis la lampe, un rayon qui frôle le haut du carton et un rayon qui frôle le bas, jusqu'au mur, avec une flèche (1 pt). L'ombre portée est la partie du mur entre ces deux rayons (1 pt).
2. Elle descend (0,5 pt). Si la lampe monte, les rayons qui frôlent le carton descendent plus fort vers le mur : ils arrivent plus bas, et l'ombre aussi (0,5 pt). On peut le vérifier en traçant les nouveaux rayons.
3. Le Soleil est la source (0,5 pt). La Lune passe entre le Soleil et la Terre : c'est l'objet opaque (0,5 pt). La lumière va en ligne droite : elle ne contourne pas la Lune (0,5 pt). L'ombre portée de la Lune tombe sur une petite partie de la Terre : là, il fait sombre en plein jour (0,5 pt).
C3, C4 · Détaille chaque calcul. Utilise les rappels.
1. Un observatoire envoie un tir laser vers un miroir posé sur la Lune par des astronautes. La lumière revient au bout de 2,5 s. Calcule la distance Terre-Lune ce jour-là.
2. Retrouve la valeur de 1 année-lumière en km : calcule la durée de 1 an (365 jours) en secondes, puis la distance parcourue par la lumière pendant cette durée.
3. L'étoile Sirius est à 8,6 années-lumière de la Terre (NASA). Imagine que Sirius s'éteigne ce soir. Quand verrait-on qu'elle a disparu ? Explique.
1. d = v × t = 300 000 × 2,5 = 750 000 km (0,75 pt) : c'est l'aller et le retour (0,5 pt). Distance Terre-Lune = 750 000 / 2 = 375 000 km (0,75 pt).
2. 1 an = 365 × 24 × 3 600 = 31 536 000 s (0,5 pt). d = v × t = 300 000 × 31 536 000 = 9 460 800 000 000 km (0,5 pt), soit environ 9,5 × 1012 km (0,5 pt).
3. La lumière de Sirius met 8,6 ans pour arriver (0,5 pt). La lumière déjà partie continue d'arriver : on verrait encore Sirius pendant 8,6 ans (0,5 pt). On ne verrait sa disparition que dans 8 ans et demi environ : on voit les étoiles comme elles étaient dans le passé (0,5 pt).
C5 · Document : le 2 août 2027, une éclipse partielle de Soleil sera visible depuis la France (IMCCE). En France, la vente au public des lasers de classe supérieure à 2 est interdite (décret du 28 novembre 2012).
1. Ton cousin veut regarder l'éclipse avec ses lunettes de soleil, « juste quelques secondes ». Explique-lui le danger et ce qu'il doit utiliser.
2. Un ami veut acheter sur internet un pointeur laser très puissant (classe 4) pour viser les avions « pour rire ». Donne deux raisons de l'en empêcher.
3. Dans l'atelier de métallerie, rédige trois consignes de sécurité pour la soudure à l'arc : une pour le soudeur et deux pour les personnes autour.
1. Regarder le Soleil peut brûler la rétine, même en quelques secondes (0,5 pt), sans douleur et pour toujours (0,5 pt). Les lunettes de soleil ne protègent pas assez : il faut des lunettes spéciales d'éclipse (norme ISO 12312-2) (0,5 pt).
2. Deux raisons parmi (0,75 pt chacune) : la vente au public des lasers de classe supérieure à 2 est interdite en France ; le faisceau est très concentré et peut brûler la rétine ; viser un avion peut éblouir le pilote et provoquer un accident.
3. Soudeur : porter un masque à vitre filtrante (0,75 pt). Personnes autour, deux parmi (0,75 pt et 0,5 pt) : ne pas regarder l'arc, même un court instant ; se tenir à l'écart ; passer derrière l'écran de soudage ; porter des lunettes de protection si l'on travaille à côté.