Physique-Chimie Terminale Spécialité

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Préparation aux épreuves du Bac
1. Constitution et transformations de la matière
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
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
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
Ch. 15
Étude d’un système thermodynamique
Ch. 16
Bilans d'énergie thermique
BAC
Thème 3
4. Ondes et signaux
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 18
Exercices

Pour s'échauffer - Pour commencer

Savoir-faire - Parcours d'apprentissage

Pour commencerDifférenciationPour s'entraîner
Savoir caractériser les phénomènes d'interférences et de diffraction
Savoir établir les conditions d'interférences et de diffraction
Savoir exploiter les relations liées aux interférences à deux ondes
Savoir exploiter les relations liées à la diffraction

Pour s'échauffer

5
Conditions d'interférences

Énoncer les conditions pour que deux ondes périodiques sinusoïdales produisent des interférences stables et observables.

6
Interfrange

Deux fentes d'Young de largeur mm, distantes de mm et situées à une distance m d'un écran, sont éclairées par une source laser de longueur d'onde nm.

Déterminer la valeur de l'interfrange .

7
Conditions de diffraction

Une onde rencontre un obstacle de petite dimension notée .

Préciser la ou les condition(s) pour que l'onde soit diffractée.

8
Diffraction des ondes sonores

Une onde sonore de longueur d'onde cm rencontre une ouverture de largeur m.

Calculer, en (rad) puis en (°), l'angle caractéristique de diffraction .

9
Figures de diffraction

Préciser la forme géométrique d'une ouverture dont la figure de diffraction est donnée ci-dessous.

Figures de diffraction
Le zoom est accessible dans la version Premium.
Crédits : Giphotostock/SPL

10
Diffraction par une fente

Pour une fente fine de largeur quelconque, préciser en justifiant quelle est la radiation la plus diffractée entre une radiation monochromatique rouge ou bleue.

Pour commencer

Périodicité d'une onde

11
Périodicité d'une onde

REA/MATH : Utiliser des outils mathématiques

Une onde mécanique progressive sinusoïdale de fréquence MHz et de phase à l'origine se propage avec la célérité m⋅s-1.

Déterminer la période ainsi que la longueur de l'onde mécanique.

12
Représentation schématique

APP : Faire un schéma

Représenter sous forme d'un schéma la période spatiale et la période temporelle d'une onde mécanique progressive sinusoïdale.

Dessinez ici

13
Identification d'une onde sinusoïdale

REA/MATH : Utiliser des outils mathématiques

L'amplitude d'une onde mécanique est modélisée par la fonction suivante :

1. À partir de l'expression ci-dessus, déterminer la valeur de la période et de la phase à l'origine .

2. Déterminer la valeur de l'amplitude de l'onde à l'origine ( et sont nuls).

3. À m, représenter graphiquement l'évolution de l'amplitude de l'onde sur une durée égale à à la calculatrice.
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4. Sur le même graphique, représenter une onde identique mais dont le déphasage à l'origine est égal à zéro.

Interférences d'ondes périodiques

14
Expérience d'Young

VAL : Faire preuve d'esprit critique

Thomas Young élabore en 1801 un dispositif pour démontrer la nature ondulatoire de la lumière. Cette expérience est restée célèbre sous le nom d'expérience des trous d'Young. Vers 1818, le français Augustin Fresnel a l'idée de remplacer les trous par des fentes.

Parmi les trois photographies ci-dessous, identifier celles qui correspondent aux deux expériences décrites dans l'énoncé. Justifier.
Expérience des trous d'Young
a
Crédits : lelivrescolaire.fr
Exercice Expérience d'Young
b
Crédits : Giphotostock/SPL
Expérience de Fresnel avec des fentes
c
Crédits : lelivrescolaire.fr

15
Interférence sonore

APP : Faire un schéma

Une vidéo a créé le buzz en montrant un appareil capable d'annuler le bruit venant de l'extérieur d'un appartement en le ventousant simplement sur la fenêtre. Si cette technologie existe pour les casques audio à réduction active de bruit, qu'en est-il pour une pièce entière ?

1. Nommer le phénomène sur lequel repose le principe de fonctionnement des casques à réduction active de bruit.

2. Schématiser simplement le principe physique de fonctionnement d'un tel appareil.

Dessinez ici

16
Interférences à la surface d'un liquide

REA : Utiliser un modèle

Deux vibreurs et synchrones de fréquence Hz produisent des ondes à la surface d'un liquide qui se propagent à la célérité m⋅s-1. La distance qui les sépare est cm.

1. Déterminer la longueur d'onde des ondes produites par chacun des deux vibreurs.

2. Un point est situé sur l'axe reliant et à une distance du vibreur . Faire un schéma et exprimer la différence de chemin au point entre les deux ondes en fonction de et .

Dessinez ici

3. Exprimer la relation entre la différence de chemin et la longueur d'onde pour des interférences constructives.

4. Préciser les valeurs de pour lesquelles l'amplitude des ondes au point est maximale.

5. Calculer le nombre de franges d'interférences d'amplitude maximale entre les deux vibreurs.

Diffraction

17
Angle caractéristique de diffraction

APP : Faire un schéma

On réalise la figure de diffraction d'un fil calibré d'épaisseur m avec un laser de longueur d'onde dans le vide nm.

1. Déterminer la couleur du laser.


2. Faire un schéma de la situation en faisant apparaître , l'angle caractéristique de diffraction.

Dessinez ici

3. Calculer la valeur de .

4. La largeur de la tache centrale de diffraction est de cm. Déterminer la distance à laquelle se situe le fil calibré de l'écran.

18
Restitution d'un son

REA : Utiliser un modèle

Une enceinte est constituée d'un caisson dans lequel est placé un haut-parleur. Le son sort de l'enceinte par une ouverture de diamètre cm.

Données
  • Vitesse du son dans l'air à °C : m⋅s‑1

  • 1. Calculer les longueurs d'onde des ondes sonores de fréquence Hz, kHz et kHz.

    2. Préciser quel son sera le mieux diffracté à la sortie du haut-parleur.

    3. En justifiant, préciser si une personne placée sur le côté d'une enceinte entendra davantage les sons graves ou les sons aigus.

    4. Les enceintes comportent au minimum deux hautparleurs : le woofer et le tweeter. Expliquer pourquoi les diamètres de ces haut-parleurs sont différents.

    19
    Diffraction à la surface de l'eau

    VAL : Analyser des résultats

    L'image ci-dessous est la photographie de la propagation d'ondes progressives périodiques à la surface de l'eau dans une cuve à ondes. Les ondes se propagent vers la droite.

    Photographie de la propagation d'ondes progressives périodiques
    Le zoom est accessible dans la version Premium.
    Crédits : Andrew Lambert Photography/SPL

    1. Expliquer ce que cette expérience illustre.

    2. Comparer les dimensions de l'ouverture de l'obstacle avec la longueur d'onde.

    3. Préciser comment évolue la longueur avant et après le passage de l'onde par l'ouverture.

    Courbe d'intensité

    20
    Profil des franges d'interférences

    REA : Appliquer une formule

    Une expérience d'interférences est réalisée avec deux fentes fines parallèles éclairées par un faisceau laser de longueur d'onde nm.

    Le profil en intensité lumineuse récupéré par le capteur situé à m des fentes est donné ci-après.

    Profil des franges d'interférences
    Le zoom est accessible dans la version Premium.
    Crédits : lelivrescolaire.fr

    1. Déterminer la valeur de l'interfrange avec le plus de précision possible.

    2. Calculer la valeur de l'écartement entre les fentes.

    21
    Interférences versus diffraction

    RAI/ANA : Construire un raisonnement

    Le profil en intensité d'une expérience d'interférences avec des fentes d'Young est fourni sur le doc. suivant. En regardant ce graphe, un élève pense qu'il s'agit d'un phénomène de diffraction. Il ajoute une courbe représentant l'enveloppe du profil en intensité.

    Doc.
    Profil en intensité
    Profil en intensité
    Le zoom est accessible dans la version Premium.
    Crédits : lelivrescolaire.fr

    Représenter sans souci d'échelle mais de façon cohérente la figure obtenue sur l'écran.

    Dessinez ici

    22
    Profil de la figure de diffraction

    APP : Extraire l'information utile

    Une fente verticale de largeur m est éclairée par un laser rouge. Le profil en intensité de la figure de diffraction est obtenu à une distance de m de la fente.

    Profil de la figure de diffraction
    Le zoom est accessible dans la version Premium.
    Crédits : lelivrescolaire.fr

    1. Déterminer précisément la largeur de la tache centrale de diffraction. En déduire la valeur de la longueur d'onde du laser.

    2. Calculer la valeur de la largeur de la tache centrale de diffraction si un laser de longueur d'onde nm est utilisé.

    3. Représenter l'allure du profil en intensité de la figure de diffraction obtenue avec ce laser.

    Dessinez ici

    Une notion, trois exercices
    Différenciation

    23
    Longueur d'onde d'un laser

    REA : Appliquer une formule

    Le dispositif des fentes d'Young est utilisé pour déterminer la longueur d'onde d'un laser.

    Longueur d'onde d'un laser
    Le zoom est accessible dans la version Premium.
    Crédits : lelivrescolaire.fr

    Une figure d'interférences est obtenue pour des fentes séparées d'une distance mm. La distance entre les fentes et l'écran est m.

    1. Faire le schéma du dispositif des fentes d'Young.

    Dessinez ici

    2. Donner la relation mathématique reliant l'interfrange , la longueur d'onde du laser, les distances et .

    3. En déduire une relation pour calculer la longueur d'onde du laser.

    4. Déterminer la valeur de l'interfrange.

    5. Calculer la longueur d'onde du laser. Vérifier sa cohérence avec l'image.

    24
    Distance entre deux objets

    REA : Appliquer une formule

    Le dispositif de Young peut également être utilisé pour déterminer la distance séparant deux fentes fines. Le dispositif est le même que celui de l'exercice précédent, la longueur d'onde du laser utilisé est nm et la distance entre les fentes et l'écran est de m. La valeur trouvée pour dix interfranges est cm.

    1. Donner la relation mathématique permettant de déterminer la distance a séparant deux fentes fines en fonction de , et .

    2. Déterminer la valeur de .

    25
    Mesure de distance

    REA : Appliquer une formule

    On réalise une figure d'interférences avec deux fentes séparées de mm et un laser de longueur d'onde nm. L'interfrange mesurée est mm.

    Calculer la distance entre l'écran et les fentes.

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