Physique-Chimie Terminale Spécialité

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Préparation aux épreuves du Bac

1. Constitution et transformations de la matière

Composition et évolution d'un système

Ouverture de thème p. 16-17

Ch. 1

Modélisation des transformations acide-base

Ch. 2

Analyse physique d'un système chimique

Ch. 3

Méthode de suivi d'un titrage

Ch. 4

Évolution temporelle d'une transformation chimique

Ch. 5

Évolution temporelle d'une transformation nucléaire

BAC

Thème 1

Prévision et stratégie en chimie

Ouverture de thème p. 146-147

Ch. 6

Évolution spontanée d'un système chimique

Ch. 7

Équilibres acide-base

Ch. 8

Transformations chimiques forcées

Ch. 9

Structure et optimisation en chimie organique

Ch. 10

Stratégies de synthèse

BAC

Thème 1 bis

2. Mouvement et interactions

Ouverture de thème

p. 290-291

Ch. 11

Description d'un mouvement

Ch. 12

Mouvement dans un champ uniforme

Ch. 13

Mouvement dans un champ de gravitation

Ch. 14

Modélisation de l'écoulement d'un fluide

BAC

Thème 2

3. Conversions et transferts d'énergie

Ouverture de thème

p. 402-403

Ch. 15

Étude d’un système thermodynamique

Ch. 16

Bilans d'énergie thermique

BAC

Thème 3

4. Ondes et signaux

Ouverture de thème

p. 462-463

Ch. 17

Propagation des ondes

Ch. 18

Interférences et diffraction

Ch. 19

Lunette astronomique

Ch. 20

Effet photoélectrique et enjeux énergétiques

Ch. 21

Évolutions temporelles dans un circuit capacitif

BAC

Thème 4

Annexes

Ch. 22

Méthode

Chapitre 17

Exercices

Pour s'échauffer - Pour commencer

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Savoir-faire - Parcours d'apprentissage

	Pour s'échauffer	Pour commencer	Différenciation	Pour s'entraîner
Savoir exploiter l'expression donnant le niveau d'intensité sonore d'un signal	7	14	23 24 25
Savoir illustrer l'atténuation géométrique et l'atténuation par absorption		15		29 30
Savoir interpréter une manifestation de l'effet Doppler	10	17		37
Savoir exploiter l'expression du décalage Doppler	11	20 22

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Pour s'échauffer

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5
Unités de surface

Effectuer les conversions suivantes :

a.

260

cm² en m².

5, 3

mm² en m².

4, 7 \times 1 0^{- 2}

m²en cm².

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6
Puissance sonore

1. Calculer l'intensité sonore d'un son dont la puissance sur le tympan, de surface

60

mm², est de

3, 6 \times 1 0^{- 9}

2. Calculer la puissance sonore de ce même son sur une surface de

30

cm².

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7
Sifflet maritime

Les navires de plus de

200

m de long doivent disposer d'un sifflet donnant un niveau sonore d'au moins

143

dB mesuré à

1

m.

Calculer l'intensité sonore.

Le zoom est accessible dans la version Premium.

Crédits : Matt Jordan/Shutterstock

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8
Isolation phonique

La laine de verre est un matériau utilisé pour l'isolation thermique et phonique des bâtiments. Une épaisseur de

50

mm de laine de verre permet d'avoir une atténuation d'environ

- 39

dB.

Préciser par combien l'intensité sonore est alors divisée.

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9
Seuil de la douleur

Lorsque l'intensité sonore atteint environ

2

W·m^-2, la sensation auditive devient douloureuse.

Calculer le niveau d'intensité sonore correspondant.

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10
Klaxon

Un automobiliste démarre en klaxonnant. Décrire l'évolution de la perception sonore d'une auditrice restée sur le trottoir.

Le zoom est accessible dans la version Premium.

Crédits : marina_eno1/Shutterstock

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11
Signal de recul

Un camion recule à

15

km·h^-1. Son signal de recul émet à

1, 14

kHz. La vitesse du son dans l'air est

v_{son} = 340

m·s^‑1.

Calculer la fréquence reçue par un piéton placé derrière, puis devant le camion.

Donnée

Expression du décalage Doppler en approche : $f_{r e c} = \frac{f _{e m} \cdot v _{s o n}}{v _{s o n} - v}$
Doppler en éloignement : $f_{r e c} = \frac{f _{e m} \cdot v _{s o n}}{v _{s o n} + v}$

Intensité sonore de référence : $I_{0} = 1 0^{- 12}$ W·m^-2

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Pour commencer

Intensité sonore

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12
Alarme incendie

✔ APP : Maîtriser le vocabulaire du cours

L'intensité sonore d'une alarme incendie à

1, 0

m de distance est de

3, 16 \times 1 0^{- 2}

W·m^-2. On suppose, pour simplifier, qu'elle émet de façon isotrope (identiquement dans toutes les directions) dans une demi-sphère.

Calculer la puissance sonore de cette alarme.

Données

Surface d'une demi-sphère de rayon $R$ : $S = 2 π \cdot R^{2}$

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13
Niveau d'intensité sonore

✔ REA/MATH : Utiliser des outils mathématiques

1. Compléter le tableau ci-après.

Bruit	Ronronnement de chat	Conversation	Rue bruyante	Avion au décollage
$I$ (W·m^-2)		$3, 2 \times 1 0^{- 7}$		$100$
$L$ (dB)	$25$		$80$

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14
Seuil de danger

✔ REA/MATH : Utiliser des outils mathématiques

On estime qu'une exposition prolongée à un son de plus de

90

dB peut entraîner des séquelles sur l'audition.

1. Calculer l'intensité sonore

I_{danger}

correspondante.

2. En déduire la puissance

P_{danger}

reçue par le tympan sachant que sa surface est de

60

mm².

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15
Sonar et radar

✔ VAL : Analyser des résultats

Un navire utilise un sonar pour cartographier le fond marin. Le signal est émis en surface avec une intensité de

0, 7

mW·m^-2. Lorsqu'il atteint le fond, à

1700

m de profondeur, son intensité est de

0, 6

mW·m^-2.

1. Calculer l'atténuation

A

correspondante en (dB).

2. En déduire le coefficient linéaire d'atténuation

α

en (dB·m^-1) de l'eau pour cette onde.

3. Calculer la distance au bout de laquelle une onde radar subit la même atténuation. Commenter.

Donnée

Coefficient linéaire d'atténuation des ondes radar dans l'eau de mer : $α = - 6$ dB·cm^-1

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16
Guitare électrique

✔ REA/MATH : Utiliser des outils mathématiques

Le système d'amplification d'une guitare électrique permet un gain de

+ 60

dB. Cette même guitare électrique, non branchée, fournit à

1

m une intensité sonore de

1, 6 \times 1 0^{- 7}

W·m^-2.

Le zoom est accessible dans la version Premium.

Crédits : Everett Collection/Bridgeman

1. Calculer le rapport entre les intensités sonores avec et sans amplification.

2. Calculer son intensité, puis son niveau sonores à

1

m après amplification.

3. Calculer le niveau et l'intensité sonores à

5

m, sachant que cela correspond à une atténuation

A = - 14

dB.

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A
Crescendo

✔ REA/MATH : Utiliser des outils mathématiques

Lors d'un concert, une violoniste commence à jouer seule, puis d'autres violons s'ajoutent progressivement. On suppose que les violons sont tous à la même distance de l'auditeur et qu'un violon seul donne une intensité sonore de

1, 6 \times 1 0^{- 4}

W·m^-2

1. Calculer le niveau d'intensité sonore ressenti par l'auditeur pour un, deux puis douze violons.

2. Calculer le nombre de violons qui jouent lorsque le niveau d'intensité sonore est de 95 dB.

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Effet Doppler

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17
Corne de brume

✔ APP : Maîtriser le vocabulaire du cours

Un navire approche du port à une vitesse

v = 8, 00

nd, exprimée en nœud, par un temps agité. Il active sa corne de brume qui émet un son de fréquence

f = 140

Hz.

1. Préciser s'il s'agit d'un son grave ou aigu.

2. Calculer la fréquence perçue sur le port.

Données

Vitesse du son dans l'air : $v_{s o n} = 340$ m·s^-1
Conversion d'unité : $1$ km·h^-1 $= 0, 54$ nd
Expression du décalage Doppler en approche : $f_{r e c} = \frac{f _{e m} \cdot v _{s o n}}{v _{s o n} - v}$

Expression du décalage Doppler en éloignement : $f_{r e c} = \frac{f _{e m} \cdot v _{s o n}}{v _{s o n} + v}$

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18
Mesure de la vitesse d'un hélicoptère

✔ VAL : Analyser des résultats

Un hélicoptère émet un son de fréquence

f_{0} = 810

Hz. Un observateur immobile au sol entend un son de fréquence

f_{1} = 1, 0

kHz.

1. Préciser en le justifiant si l'hélicoptère s'approche ou s'éloigne.

2. Calculer la vitesse de l'hélicoptère.

3. Calculer la fréquence

f_{2}

qui serait entendue si l'hélicoptère allait dans la direction opposée.

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19
Chant du loup

✔ REA/MATH : Utiliser des outils mathématiques

Un navire de guerre immobile à la surface utilise un sonar émettant à une fréquence

f_{e m} = 30

kHz pour sonder l'océan. Un sous-marin se déplaçant horizontalement réfléchit cette onde vers le sonar. L'axe sonar/sous-marin fait un angle

θ = 70

° avec l'horizontale. Le sonar détecte un décalage de fréquence

Δ f = 175

Hz entre l'onde émise et l'onde reçue.

1. Exprimer le décalage en fréquence

Δ f = f_{r e c} - f_{e m}

en fonction de la fréquence

f_{e m}

, la vitesse

v

du sousmarin et la vitesse du son dans l'eau

v_{s o n}

2. . Calculer la vitesse

v

du sous-marin.

Doc.
Schéma de la situation

Le zoom est accessible dans la version Premium.

Crédits : lelivrescolaire.fr

Données

Expression du décalage Doppler dans cette situation : $f_{r e c} = f_{e m} \cdot (1 + \frac{2 v \cdot cos ( θ )}{v _{s o n}})$
Vitesse du son dans l'eau : $v_{s o n} = 1, 5 \times 1 0^{3}$ m·s^-1

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Effet Doppler-Fizeau

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20
Top Gun

✔ RAI/ANA : Communiquer sur les étapes de résolution

Un avion de chasse se déplaçant à

v_{1} = 312

m·s^-1 est suivi par un autre avion allant à

v_{2} = 294

m·s^-1. Les deux avions utilisent un radar émettant à une fréquence de

15

GHz.

Calculer la différence des fréquences

∣ Δ f ∣

mesurées par les deux radars à bord des avions.

Données

Expression du décalage en fréquence Doppler-Fizeau : $∣ Δ f ∣ = f_{e m} \cdot \frac{v _{1} - v _{2}}{c}$

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21
Lidar

✔ REA : Appliquer une formule

Le lidar est une technologie similaire au radar, mais utilisant des ondes du spectre visible ou infrarouge. Un lidar émettant à une longueur d'onde de

1, 55

µm détecte une longueur d'onde plus élevée de

2, 3 \times 1 0^{- 15}

m.

1. Préciser si l'objet s'éloigne ou se rapproche.

2. Calculer la vitesse

v

de l'objet sondé.

Données

Décalage en longueur d'onde dans ce cas : $Δ λ = 2 λ_{e m} \cdot \frac{v}{c}$

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22
Vitesse d'éloignement d'une galaxie

✔ APP : Extraire l'information utile

En analysant le spectre de la lumière d'une galaxie, on observe que la raie Ha de l'hydrogène est à

683

nm, alors que la même raie, mesurée sur Terre, se situe à

656

nm. La vitesse d'éloignement

v

d'une galaxie est donnée par :

v = H_{0} \cdot D

v

: la vitesse d'éloignement (m·s^-1)

H_{0}

: la constante de Hubble (m·s^-1 ·a.l.^-1)

D

: la distance de la galaxie (a.l.)

1. Justifier que cette galaxie s'éloigne de nous.

2. Calculer la vitesse à laquelle cette galaxie s'éloigne.

3. En déduire à quelle distance elle se trouve en annéelumière (a.l.).

Données

Décalage en longueur d'onde Doppler-Fizeau : $Δ λ = \frac{v}{c} \cdot λ_{e m}$
Constante de Hubble : $H_{0} = 2, 3 \times 1 0^{- 2}$ m·s^-1·a.l.^-1

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Supplément numérique

Retrouvez des photos du

télescope Hubble

https://www.nasa.gov/mission_pages/hubble/multimedia/index.html

et découvrez le

diagramme de Hubble

https://media4.obspm.fr/public/ressources_lu/pages_galaxies/html_images/envimage4.html

représentant la vitesse d'éloignement des galaxies en fonction de la distance.

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Une notion, trois exercices
Différenciation

Savoir-faire : Savoir exploiter l'expression donnant le niveau d'intensité sonore d'un signal

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Doc. 1
Atténuation d'une source isotrope

Distance $d$ (km)	$1$	$2$	$5$	$10$
Atténuation $A$ par rapport à une distance de $1$ m (dB)	$- 60$	$- 66$	$- 74$	$- 80$

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Doc. 2
Atténuation d'une source isotrope

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Crédits : lelivrescolaire.fr

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Données

Intensité sonore de référence : $I_{0} = 1 0^{- 12}$ W·m^-2
Vitesse du son dans l'air : $v_{son} = 340$ m·s ^-1
Expression de la dilution sphérique : $I = \frac{P}{4 π \cdot d ^{2}}$

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Le cor des Alpes est un instrument fait d'un long tube de bois recourbé à son extrémité.
Un berger joue une note de longueur d'onde

λ = 6, 8

m. À

1, 0

m de distance, l'intensité sonore est

I = 1, 0 \times 1 0^{- 2}

W·m^-2.

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23
Cor des Alpes (1)

✔ APP : Faire des prévisions à l'aide d'un modèle

À l'aide du

doc. 1

, calculer le niveau d'intensité sonore à

5

km du berger.

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24
Cor des Alpes (2)

✔ APP : Faire des prévisions à l'aide d'un modèle

Calculer le niveau d'intensité sonore à

8

km du berger.

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25
Cor des Alpes (3)

✔ APP : Faire des prévisions à l'aide d'un modèle

Pourra-t-on entendre le cor à

12

km du berger ?

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Pour s'échauffer - Pour commencer

Savoir-faire - Parcours d'apprentissage

Pour s'échauffer

5
Unités de surface

6
Puissance sonore

7
Sifflet maritime

8
Isolation phonique

9
Seuil de la douleur

10
Klaxon

11
Signal de recul

Pour commencer

Intensité sonore

12
Alarme incendie

13
Niveau d'intensité sonore

14
Seuil de danger

15
Sonar et radar

16
Guitare électrique

A
Crescendo

Effet Doppler

17
Corne de brume

18
Mesure de la vitesse d'un hélicoptère

19
Chant du loup

Effet Doppler-Fizeau

20
Top Gun

21
Lidar

22
Vitesse d'éloignement d'une galaxie

Supplément numérique

Une notion, trois exercices
Différenciation

Doc. 1
Atténuation d'une source isotrope

Doc. 2
Atténuation d'une source isotrope

Données

23
Cor des Alpes (1)

24
Cor des Alpes (2)

25
Cor des Alpes (3)

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