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Page | 1 Les parties 1- et 2- de cet exercice sont indépendantes et peuvent êtr

Page | 1 Les parties 1- et 2- de cet exercice sont indépendantes et peuvent être traitées séparément Notes 1- Les textes ci-dessous retrace succinctement l’évolution de quelques idées à propos de la nature de la lumière. Huyghens (1629–1695) donne à la lumière un caractère ondulatoire par analogie à la propagation des ondes à la surface de l’eau et à la propagation du son. Pour Huyghens, le caractère ondulatoire de la lumière est fondé sur les faits suivants : « Le son ne se propage pas dans une enceinte vide d’air tandis que la lumière se propage dans cette même enceinte. La lumière consiste dans un mouvement de la matière qui se trouve entre nous et le corps lumineux, matière qu’il nomme éther ». « La lumière s’étend de toutes partset, quand elle vient de différents endroits, même de tout opposés, les ondes lumineuses se traversent l’une l’autre sans s’empêcher». « La propagation de la lumière depuis un objet lumineux ne saurait être par le transport d’une matière, qui depuis cet objet s’en vient jusqu’à nous ainsi qu’une balle ou une flèche traverse l’air ». Fresnel (1788–1827) s’attaque au problème des ombres et de la propagation rectiligne de la lumière. Avec des moyens rudimentaires, il découvre et il exploite le phénomène de diffraction. Il perce un petit trou dans une plaque de cuivre. Grâce à une lentille constituée par une goutte de miel déposée sur le trou, il concentre les rayons solaires sur un fil de fer.  - de toutes parts = dans toutes les directions  - de tout opposés = de sens opposés - sans s’empêcher = sans se perturber  - ne saurait être = ne se fait pas 1-1- Quelle erreur commet Huyghens en comparant la propagation de la lumière à celle des ondes mécaniques ? 1-2- Citer deux propriétés générales des ondes que l’on peut retrouver dans le texte de Huyghens. 1-3- Fresnel a utilisé les rayons solaires pour réaliser son expérience. Une telle lumière est-elle monochromatique ou polychromatique ? 1-4- Fresnel exploite le phénomène de diffraction de la lumière par un fil de fer. Le diamètre du fil a-t-il une importance pour observer le phénomène de diffraction ? Si oui, indiquer quel doit être l’ordre de grandeur de ce diamètre. 2-Applications sur la diffraction de la lumière 2-1- Mesure de la largeur d’une fente Un faisceau de lumière laser, de longueur d’onde dans le vide  = 632,8 nm, tombe normalement sur une fente verticale de largeur « a ». La figure de diffraction est observée sur un écran placé perpendiculairement au faisceau laser à une distance D=1,5 m de la fente. Soit « L » la largeur linéaire de la tache centrale (Fig. 1). Pour faibles angles, prendre tan   en radian. 2-1-1- Établir la relation entre a, , L et D. 2-1-2- Sachant que L = 6,3 mm, calculer la largeur « a » de la fente utilisée. La présentation, le soin et la rédaction seront pris en compte pour un point dans la notation. Tout calcul doit être précédé de la formule utilisée. 0,50 0,50 0,50 0,50 0,75 0,50 Devoir surveillé n°1 semestre n° 1 Niveau : 2BAC science Physique et chimie Durée :2 Heures Année scolaire 2018/2019 6 points EXERCICE 1 35 min هللا ولي التوفيق Page | 2 2-2- Contrôle de la fabrication des fils fins Un fabricateur de fils fins désire contrôler le diamètre des fils produits. Il conserve la même source laser mentionnée dans (2-1) mais il remplace la fente par un fil fin vertical. Il observe sur l’écran le phénomène de diffraction (figure 2). Pour D = 2,60 m, il obtient une tache centrale de largeur linéaire constante L1=3,4mm. 2-2-1- Calculer la valeur du diamètre « a1 » du fil éclairé en un point donné. 2-2-2- Le fabricateur éclaire le fil en différentes positions dans les mêmes conditions précédentes. Préciser l'indicateur qui lui permet de contrôler que le diamètre du fil est constant. 2-3- Mesure de l’indice de l’eau On plonge le dispositif de la partie (2-1) dans l’eau d’indice de réfraction neau. On obtient une nouvelle figure de diffraction. On trouve que pour D = 1,5 m et a = 0,3 mm, la largeur linéaire de la tache centrale est L2 = 4,7mm. 2-3-1- Calculer la longueur d’onde ' de la lumière laser dans l’eau. 2-3-2- Déterminer la relation entre, ' et neau. Déduire la valeur de neau. 2-3-3- Si l’on envisageait de réaliser la même étude expérimentale en utilisant une lumière blanche, on observerait des franges irisées. Sachant que la lumière visible possède une longueur d'onde dans le vide comprise entre 400 nm et 800 nm, justifier succinctement l’aspect « irisé » de la figure observée. Notes I- Le scorpion des sables utilise des ondes pour localiser sa proie : lorsqu’un insecte bouge, même faiblement, il produit en effet des ondes à la surface du sable. En fait, il se crée deux types d’ondes : Des ondes longitudinales qui se propagent avec une vitesse vL=150m.s-1, et des ondes transversales qui se propagent avec une vitesse vT=50m.s-1. Les huit pattes du scorpion des sables comportent des récepteurs très sensibles aux oscillations de matière. En les écartant sur un cercle d’environ 5 cm de diamètre, le scorpion intercepte les ondes longitudinales plus rapides, et détermine la direction de l’insecte. En analysant la durée t entre cette première interception et l’interception des ondes transversales plus lentes, il estime alors la distance d qui le sépare de sa proie. 1- Qu’est-ce qui différencie une onde longitudinale d’une onde transversale ? 2- Exprimer la durée t en fonction de la distance d qui le sépare de l’insecte et des célérités vL et vT. Si t =5,0ms, quelle est la valeur de d ? II- L'échographie est un outil du diagnostic médical. Sa technique utilise une sonde à ultrasons. 1-Détermination de la célérité d'une onde ultrasonore dans l'air On se propose de déterminer la célérité d'une onde ultrasonore dans l'air à partir de la mesure de la longueur d'onde  . d'un signal émis par la sonde d'un échographe de fréquence N. Pour cela, on utilise un émetteur E produisant une onde périodique sinusoïdale de même fréquence que celle de la sonde (Fig 4). Les récepteurs R1 et R2 sont à égales distances de l'émetteur E, on observe sur l’écran de l’oscilloscope l’oscillogramme de la figure 5 Lorsqu'on éloigne le récepteur R2 d'une distance d (Figure ci-contre), les deux sinusoïdes 0,50 0,50 0,50 0,75 0,50 0,75 0,75 7 points EXERCICE 2 35 min Page | 3 visualisées sur l'oscilloscope se décalent. Les deux courbes sont en phase à chaque fois que la distance d entre R1 et R2 est un multiple entier n de , avec n lN*. 1-1- Définir la longueur d'onde. 1-2-Choisir la réponse juste parmi les propositions suivantes : a- Les ultrasons sont des ondes transportant la matière. b- Les ultrasons sont des ondes mécaniques. c- Les ultrasons se propagent avec la même vitesse dans tous les milieux. 1-3- Déterminer la fréquence N des ondes ultrasons. 1-4- Dans l'expérience réalisée, on relève pour n =12, la distance d=10,2cm. Déterminer la célérité de l'onde dans l'air. 2- Application à l'échographie: La sonde échographique utilisée est à la fois un émetteur et un récepteur. Lorsque les ondes se propagent dans le corps humain, elles sont en partie réfléchies par les parois séparant deux milieux différents. La partie réfléchie de l'onde est reçue par la sonde puis analysée par un système informatique. La figure 6 représente le schéma du dispositif permettant l'échographie d'un fœtus. Lors de l'examen, une salve d'ondes est émise par l'émetteur de la sonde à la date t=0. L'onde est réfléchie au point A et au point B. La sonde reçoit la première onde réfléchie à la date t1=80µs et la deuxième à la date t2=130µs. On admet que la vitesse des ondes ultrasonores dans le corps humain est Vc=1540m.s-1. Trouver l'épaisseur d du fœtus. 3- Diffraction de l'onde ultrasonore dans l'air: Le schéma expérimental représenté sur la figure 7 comporte : -l'émetteur E émettant l'onde ultrasonore de fréquence N=40kHz, - le récepteur R lié à un oscilloscope, - une plaque métallique (P) percée d'une fente rectangulaire de largeur a très petite devant sa longueur, - une feuille graduée permettant de mesurer les angles en degrés. On déplace le récepteur R dans le plan horizontal d'un angle  sur l'arc de cercle de centre F et de rayon r=40cm et on note pour chaque amplitude Um de l'onde reçue par R, l'angle  correspondant. 3-1- Comparer la longueur d'onde de l'onde incidente avec celle de l'onde diffractée. 3-2- Trouver la distance du déplacement du récepteur pour observer le premier minimum d'amplitude Um de la tension du récepteur. On donne a = 2,6 cm. Notes L'eau oxygénée commerciale est une solution aqueuse de peroxyde d'hydrogène utilisée comme désinfectant pour des plaies, pour l'entretien des lentilles de contact ou comme agent de blanchiment. 0,75 0,75 0,75 0,75 0,75 0,75 1,00 7 points EXERCICE 3 45 min Page uploads/Finance/ devoir-10 8 .pdf