Physique-Chimie 1re Spécialité

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1. Constitution et transformations de la matière
Ch. 1
Composition chimique d'un système
Ch. 2
Composition chimique des solutions
Ch. 3
Évolution d'un système chimique
Ch. 4
Réactions d'oxydoréduction
Ch. 5
Détermination d'une quantité de matière par titrage
Livret Bac : Thème 1
Ch. 6
De la structure à la polarité d'une entité
Ch. 7
Interpréter les propriétés d’une espèce chimique
Ch. 8
Structure des entités organiques
Ch. 9
Synthèse d'espèces chimiques organiques
Ch. 10
Conversions d'énergie au cours d'une combustion
Livret Bac : Thème 1 bis
2. Mouvement et interactions
Ch. 11
Modélisation d'interactions fondamentales
Ch. 12
Description d'un fluide au repos
Ch. 13
Mouvement d'un système
Livret Bac : Thème 2
3. L'énergie, conversions et transferts
Ch. 14
Études énergétiques en électricité
Ch. 15
Études énergétiques en mécanique
Livret Bac : Thème 3
4. Ondes et signaux
Ch. 17
Images et couleurs
Ch. 18
Modèles ondulatoire et particulaire de la lumière
Livret Bac : Thème 4
Méthode
Fiches méthode
Fiche méthode compétences
Annexes
Chapitre 20
Exercices

Pour s'entraîner

14 professeurs ont participé à cette page
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24
Une gouttière percée

VAL : Chiffres significatifs

Placeholder pour Gouttes de pluie tombant sur une flaqueGouttes de pluie tombant sur une flaque
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Un jour de pluie, une flaque s'est formée au pied de l'immeuble. La gouttière qui se trouve au-dessus est percée. Des gouttes tombent régulièrement de la gouttière, à raison de 72 gouttes par minute. À chaque fois une petite vague circulaire est créée. Son diamètre grandit. Entre deux vagues successives on mesure une distance d = 20 cm.

1. Une onde mécanique progressive périodique est créée. Justifier chaque terme en caractères gras.

2. Calculer la fréquence de l'onde en hertz.

3. En déduire sa période en seconde.

4. Quelle distance a parcouru une vague avant que la suivante prenne naissance ?

5. Quelle durée s'est alors écoulée ?

6. En déduire la célérité de l'onde.
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25
La corde de Melde

RAI/ANA : Utiliser des mesures pour répondre à une problématique

Le dispositif est constitué d'une corde tendue à l'aide d'une masse M à l'extrémité de laquelle est attachée une lame métallique, qui vibre à l'aide d'un vibreur de Melde. Ce vibreur est constitué d'un électroaimant alimenté par une tension sinusoïdale de fréquence f = 100 Hz. La lame fait un aller-retour à chaque période de l'électroaimant.

La corde de Melde
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1. Calculer la période de la vibration de la lame.

2. L'onde créée sur la corde est sinusoïdale. On détermine, à l'aide d'un stroboscope, une longueur d'onde \lambda = 28 cm. Calculer la célérité de l'onde dans la corde.

3. On entend un son grave lorsque l'on réalise l'expérience. Expliquer pourquoi.
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26
Un bain énergétique

APP : Formuler le résultat attendu

Claudia va se baigner dans un lac près de chez elle. Elle se trouve dans l'eau à d = 8,5 m du bord.

Placeholder pour Un bain énergétiqueUn bain énergétique
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1. Un bateau passe à grande vitesse et crée une perturbation à la surface de l'eau, à l'origine d'une onde. La vague soulève Claudia d'une hauteur h = 68 cm. Calculer l'énergie potentielle de pesanteur gagnée par Claudia, de masse m = 63 kg en prenant comme référence la surface de l'eau.

2. Quelle est l'origine de cette énergie ?

3. L'a-t-elle gagnée définitivement ?

4. Elle compte \Delta t= 6,9 s pour que la vague qui vient de le soulever atteigne le bord du lac. Calculer la célérité de la vague.
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27
Ondes mécaniques en QCM

APP : Maîtriser le vocabulaire du cours

1. La célérité d'une onde s'exprime en :




2. La longueur d'onde d'une onde sinusoïdale :




3. L'onde sonore est une onde de pression. Cela signifie que :




4. Si on absorbe l'énergie d'une onde :




5. La double périodicité fait référence à :




6. Le retard :




7. Une onde est mécanique :


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28
La corde de guitare

APP : Extraire l'information utile sur des supports variés

Placeholder pour Une guitaristeUne guitariste
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La célérité v de l'onde le long d'une corde tendue dépend de sa tension T (exprimée en N) et de sa masse par unité de longueur \mu (appelée masse linéique, en kg·m-1). Le lien entre ces grandeurs s'exprime par la relation : v=\sqrt{\dfrac{T}{\mu}}.

1. Calculer la masse linéique d'une corde de guitare de longueur L = 85 cm, et de masse m = 0,52 g.

2. Calculer la célérité de l'onde qui se propage quand on pince la corde, sachant que la tension est de 102 N.

3. L'enregistrement du son émis par cette corde donne la courbe ci-dessous. Déterminer la période puis la fréquence de l'onde sonore.

Enregistremetnt du son émis par une corde de guitare
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4. Augmenter la tension d'une corde, les autres paramètres restant inchangés, augmente la fréquence du son. Faut-il tendre ou détendre la corde pour obtenir un son de fréquence 300 Hz ?

Détails du barème
TOTAL /7 pts

1 + 0,5 pt
1. Exploiter l'unité de la masse linéique pour trouver formule et unités.
1 + 0,5 p
1. Application numérique : exprimer le résultat avec deux chiffres significatifs.
1 + 0,5 p
2. Application numérique de la formule : exprimer le résultat avec deux chiffres significatifs.
1 + 0,5 p
3. Faire la lecture graphique de la période et calcul de la fréquence.
1 pt
4. Exploiter qualitativement la formule.
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29
Télémètre à compteur d'impulsions

RAI/ANA : Utiliser des mesures pour répondre à une problématique

Placeholder pour Télémètre à compteur d'impulsionsTélémètre à compteur d'impulsions
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Un télémètre permet de mesurer la distance entre l'appareil et un obstacle (un mur par exemple). Un modèle particulier utilise un « compteur de périodes » : il comporte un émetteur d'ultrasons sinusoïdaux de fréquence f = 40 kHz et juste à côté, un récepteur. Lorsque ce dernier reçoit un écho renvoyé par un éventuel obstacle, l'appareil stoppe l'émission du signal et déclenche le décompte de périodes reçues à partir de cet instant. Pour mesurer la largeur d'une pièce d'appartement, l'appareil détecte N = 826 périodes.

1. Calculer la longueur d'onde des ultrasons produits par l'appareil.

2. Combien de longueurs d'onde ont parcouru les ultrasons pendant la durée écoulée correspondant aux N périodes ? On pourra s'appuyer sur un schéma.
Cliquez pour accéder à une zone de dessin
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3. En déduire la distance parcourue par l'onde.

4. En déduire la distance entre l'appareil et le mur.


Données
  • Célérité du son dans l'air : v_{\text {air}}= 340 m·s-1.
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30
Copie d'élève à commenter

Proposer une justification pour chaque erreur relevée par le correcteur.

1. La vague parcourt 22 m en 4\text{,}8 s. Sa célérité vaut donc v=\dfrac{d}{\Delta t}=\dfrac{22}{4\text{,}8}= \color{red}\xcancel\color{black}{4\text{,}58} s.

2. L'onde sonore périodique sinusoïdale créée par le diapason, dans l'air (v = 340 m·s-1), a pour période \color{red}\xcancel\color{black}{T = 72} cm . Sa fréquence vaut donc :

f=\color{red}\xcancel{\color{black}\dfrac{v}{T}}\color{black}=\dfrac{340}{\color{red}\xcancel{\color{black}72}}=4\text{,}72 Hz.

3. Cette onde sonore est une onde progressive parce qu'elle part d'un point A pour aller vers un point B. Elle est périodique parce qu'elle revient à son point de départ ensuite.

4. Une onde sinusoïdale est toujours périodique, et de la même façon une onde périodique est forcément sinusoïdale.
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A
Jouer sur une guitare

MATH : Calcul littéral et numérique

Placeholder pour GuitareGuitare
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Une guitare se compose de 6 cordes dont le musicien modifie la longueur de vibration en les plaquant avec ses doigts contre le manche. Afin d'aider le musicien à placer ses doigts, le manche est découpé en 20 cases (voir photo).
La fréquence de l'onde sonore émise est inversement proportionnelle à la longueur de la corde (f= \dfrac{\text{constante}}{L}, ou {f} \cdot {L}= \text{constante}). Ce qui peut se traduire mathématiquement par les relations suivantes entre deux couples longueur/fréquence : {f \cdot L = f^{\prime} \cdot L^{\prime}} ou {\dfrac{f}{f^{\prime}} = \dfrac{L^{\prime}}{L}}.

1. Citer une situation en chimie et une situation en physique où l'on a deux grandeurs inversement proportionnelles.

2. Justifier par un calcul littéral que la longueur de vibration de la corde est proportionnelle à la longueur d'onde.

3. Un musicien souhaite jouer sur la 4e corde la même note que celle de la 5e corde jouée « à vide » (sans appuyer sur une case). Sur quelle case doit‑il appuyer la 4e corde ?

4. Est‑il possible de faire l'inverse (jouer la note à vide de la 4e corde mais avec la 5e corde) ?


Données
  • Notes des cordes jouées « à vide » :
    no de cordenotefréquence (Hz)
    1mi182{,}4
    2la1110
    3ré2146{,}8
    4sol2196
    5si2246{,}9
    6mi3329{,}6

  • Longueur de vibration des cordes selon la case :
    no de caselongueur (cm)
    0 (« à vide »)L_{0}=62{,}0
    158{,}5
    255{,}2
    352{,}1
    449{,}2
    546{,}4
    643{,}8
    741{,}4
    839{,}0
    936{,}9
    1034{,}8
    1132{,}8
    1231{,}0
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B
Lévitation ultrasonore

APP : : Extraire l'information utile sur supports variés

En superposant deux ondes progressives identiques mais se propageant en sens opposé, il est possible de créer une onde dite stationnaire (la perturbation ne se propage pas). La longueur d'onde de l'onde stationnaire obtenue est égale à la moitié de celle des ondes progressives utilisées.
Des chercheurs ont réussi à utiliser une onde stationnaire ultrasonore afin de faire léviter de petites billes de 2{,}0 mm de diamètre (voir ).

1. Qu'est‑ce qui montre dans cette expérience que les ondes sonores transportent de l'énergie ?

2. Estimer la longueur d'onde de l'onde stationnaire.

3. En déduire la fréquence des ondes sonores utilisées. S'agit‑il effectivement d'ultrasons ?


Données
  • Vitesse du son dans l'air : \mathrm{V}_{\text {son }}=340 m·s-1
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