Nom, Prénom, Classe : Terminale S : Interrogation n°2 (1h) A/ Onde à la surface de l’eau Une onde est générée sur une cuve à onde par la pointe d’un stylet qui frappe la surface de l’eau toutes les 50 ms. La photographie de l’écran de la cuve est présentée ci-dessous : 12 cm La plaque métallique située en haut de l’image permet de donner l’échelle du document. 1) Cette onde est-elle mécanique ? progressive ? périodique ? ……………………………………………………………………………………………………………………...………………………………………………... ……………………………………………………………………………………………………………………...………………………………………………... ……………………………………………………………………………………………………………………...………………………………………………... ……………………………………………………………………………………………………………………...………………………………………………... 2) Définir la période temporelle de cette onde. Quelle est sa valeur ? Quelle est sa fréquence ? ……………………………………………………………………………………………………………………...………………………………………………... ……………………………………………………………………………………………………………………...………………………………………………... ……………………………………………………………………………………………………………………...………………………………………………... 3) Définir la longueur d’onde λ et la déterminer avec le plus de précision possible en détaillant la méthode employée. ……………………………………………………………………………………………………………………...………………………………………………... ……………………………………………………………………………………………………………………...………………………………………………... ……………………………………………………………………………………………………………………...………………………………………………... ……………………………………………………………………………………………………………………...………………………………………………... 4) Quelle est la célérité de cette onde ? ……………………………………………………………………………………………………………………...………………………………………………... ……………………………………………………………………………………………………………………...………………………………………………... B/ Onde sonore 1) La hauteur d’un son indique □ son intensité sonore □ son timbre □ son caractère aigu ou grave 2) L’analyse spectrale d’un son est la représentation de : □ l’amplitude relative en fonction du temps □ l’intensité sonore en fonction du temps □ l’amplitude relative en fonction de la fréquence 3) Y-a-t-il des différences et/ou des caractéristiques communes (au moins 3) aux sons représentés en fig.a et fig.b ? (Justifier) Fig. a Fig. b ……………………………………………………………………………………………………………………...………………………………………………... ……………………………………………………………………………………………………………………...………………………………………………... ……………………………………………………………………………………………………………………...………………………………………………... ……………………………………………………………………………………………………………………...………………………………………………... ……………………………………………………………………………………………………………………...………………………………………………... ……………………………………………………………………………………………………………………...………………………………………………... ……………………………………………………………………………………………………………………...………………………………………………... ……………………………………………………………………………………………………………………...………………………………………………... ……………………………………………………………………………………………………………………...………………………………………………... ……………………………………………………………………………………………………………………...………………………………………………... ……………………………………………………………………………………………………………………...………………………………………………... ……………………………………………………………………………………………………………………...………………………………………………... ……………………………………………………………………………………………………………………...………………………………………………... C/ Diffraction 1) Si une onde est diffractée par un obstacle : □ sa direction de propagation est modifiée □ sa fréquence est modifiée □ sa longueur d’onde est modifiée □ la dimension de l’obstacle est grande par rapport à la longueur d’onde 2) Donner l’expression littérale de l’angle de diffraction pour une onde de longueur d’onde traversant une fente de largeur a. Définir cet angle sur un schéma. ……………………………………………………………………………………………………………………...………………………………………………... ……………………………………………………………………………………………………………………...………………………………………………... 3) On éclaire une fente de largeur 0,0035mm à l’aide du faisceau lumineux issu d’un laser He-Ne, de longueur d’onde λ = 633nm. - Y a-t-il diffraction ? Justifier. ……………………………………………………………………………………………………………………...………………………………………………... ……………………………………………………………………………………………………………………...………………………………………………... ……………………………………………………………………………………………………………………...………………………………………………... - Quel serait l’écart angulaire de l’onde diffractée à la sortie de la fente ? ……………………………………………………………………………………………………………………...………………………………………………... ……………………………………………………………………………………………………………………...………………………………………………... - Que se passe-t-il si on élargit la fente ? ……………………………………………………………………………………………………………………...………………………………………………... ……………………………………………………………………………………………………………………...………………………………………………... - Que se passe-t-il si on opte pour un laser vert ? ……………………………………………………………………………………………………………………...………………………………………………... ……………………………………………………………………………………………………………………...………………………………………………... - Qu’observerait-on en lumière blanche ? ……………………………………………………………………………………………………………………...………………………………………………... ……………………………………………………………………………………………………………………...………………………………………………... D/ Une autre caractéristique des ondes 2 cm - Quel(s) est(sont) le(les) phénomènes observés sur cette photo ? ……………………………………………………………………………………………………………………...………………………………………………... ……………………………………………………………………………………………………………………...………………………………………………... - A quelles conditions peut-on observer un phénomène d’interférence ? ……………………………………………………………………………………………………………………...………………………………………………... ……………………………………………………………………………………………………………………...………………………………………………... - Indiquer sur la photo L : largeur de la tache centrale de diffraction et i : interfrange. - Déterminer l’interfrange. ……………………………………………………………………………………………………………………...………………………………………………... ……………………………………………………………………………………………………………………...………………………………………………... - Parmi les relations suivantes, laquelle est celle de l’interfrange? Expliquer. Information : b : largeur entre les deux fentes ; D : distance bifentes/écran Lorsque l’observateur recule l’écran, il observe des interfranges plus grandes. S’il prend des fentes moins espacées, l’interfrange augmente. 1) i= 2) i= 3) i= 4) i= 5) i= 6) i= ……………………………………………………………………………………………………………………...………………………………………………... ……………………………………………………………………………………………………………………...………………………………………………... ……………………………………………………………………………………………………………………...………………………………………………... ……………………………………………………………………………………………………………………...………………………………………………... Terminale S : Interrogation n°2 (1h) A/ Onde à la surface de l’eau 1) Cette onde est mécanique progressive puisqu’ il s’agit d’une propagation d’une perturbation dans un milieu matériel, sans transport de matière. Elle est également périodique car l’état de déformation est le même tous les intervalles de temps T. 2) La période temporelle de cette onde est le temps régulier au bout duquel l’onde revient dans le même état de déformation (ou : est la plus petite durée au bout de laquelle un point du milieu se retrouve dans le même état vibratoire). Sa valeur est donné dans l’énoncé et vaut T = 50ms. Sa fréquence f = 1/T vaut : f = 1/(50.10-3) = 20Hz 3) La longueur d’onde λ est la plus courte distance séparant deux points de l’onde strictement identiques à un instant donné. Pour la déterminer, mesurer le plus de longueur d’onde possible sans oublier de prendre en compte l’échelle (*2) 4λ = 2,5*2 donc λ = 5/4 = 1,3cm 4) c = λ * f = λ / T AN : c = 1,3.10-2 * 20 = 1,3.10-2 / 50.10-3 = 2,6.10-1m.s-1 B/ Onde sonore 1) La hauteur d’un son indique son caractère aigu ou grave. 2) L’analyse spectrale d’un son est la représentation de l’amplitude relative en fonction de la fréquence 3) Caractéristiques du son représenté en fig.a : - son pur (représenté par une sinusoïde) - fréquence fondamentale : 5 x 102 Hz ( f = 1/T avec T = 2ms ) Caractéristiques du son représenté en fig.b : - son complexe (son spectre fait apparaitre des harmoniques) - fréquence fondamentale : 500 Hz (1er pic) Caractéristique commune : même hauteur (même fréquence fondamentale) Différence : le timbre (le son a est pur, le son b est complexe) C/ Diffraction 1) Si une onde est diffractée par un obstacle, sa direction de propagation est modifiée 2) θ= 3) - Pour qu’il y ait diffraction, il faut que la taille de la fente et la longueur d’onde du laser soit du même ordre de grandeur. OG(a) = 10-6m ; OG(λ) =10-6m également. Il y aura donc diffraction. = 1,8.10-1 rad - AN : θ = - Si on élargit la fente, l’écart angulaire diminue donc la largeur de la tache centrale de diffraction diminue. Si on opte pour un laser vert de longueur d’onde plus courte, l’écart angulaire diminue donc la largeur de la tache centrale de diffraction diminue. Dans le cas de la lumière blanche, chaque radiation est diffractée avec un angle θ différent en fonction de sa longueur d’onde. La superposition des figures de diffraction conduit à une tâche centrale blanche (superposition des toutes les radiations) et à des tâches latérales irisées. - D/ Une autre caractéristique² des ondes - On observe une enveloppe de diffraction et des interférences Le phénomène d’interférences a lieu lorsque deux ondes monochromatiques issues d’une même source se superposent, (l’amplitude de l’onde résultante varie dans l’espace). Indiquer sur la photo L : largeur de la tache centrale de diffraction et i : interfrange. i L - On mesure un maximum d’interfrange : 10i = 5,6*2/7.7 => i = 1,5.10-1cm - 2) 3) et 5) ne peuvent convenir car une analyse dimensionnelle les exclu. Lorsque D augmente, i augmente. Ces deux valeurs sont donc proportionnelles ce qui exclut la relation 1). De plus, si b diminue, i augmente. Ces deux valeurs sont donc inversement proportionnelles ce qui exclut la relation 6). La relation qui convient est donc la 4).
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