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Lycée Bertène Juminer - Tale S - M. Pichegru www.pichegru.net Année scolaire 20

Lycée Bertène Juminer - Tale S - M. Pichegru www.pichegru.net Année scolaire 2010/2011 1 Devoir Type Bac n°1 - P1-3 / C1-2 Exercice 1 Les ondes sonores (4 pts) 1. Préliminaires. 1.1. Définir de la manière la plus complète possible une onde mécanique progressive. [0,25 pt] 1.2. Compléter les cases blanches du tableau de l’annexe à rendre avec la copie avec les expressions suivantes : Onde sonore, onde le long d’une corde, onde lors de la compression- dilatation d’un ressort, onde à la surface de l’eau [0,5 pt] 2. Célérité de l’onde sonore : première méthode. Trois microphones M1, M2 et M3 sont alignés de telle manière que les distances M1M2 et M2M3 valent respectivement 2,00 m et 3,00 m. Les signaux électriques correspondant aux sons reçus par les microphones sont enregistrés grâce à un ordinateur. On donne un coup de cymbale devant le premier micro M1 puis on lance immédiatement l’enregistrement. La température de la pièce est de 18°C. Les courbes U = f (t) obtenues sont représentées ci-après. L’axe des tension est gradué en volts, l’axe du temps en secondes. Microphone M1 Microphone M2 Microphone M3 2.1. Comment peut-on déterminer la célérité de l’onde sonore à l’aide des courbes obtenues ? [0,25 pt] 2.2. Effectuer le calcul de la célérité de l’onde sonore pour la distance M1M2 puis pour la distance M2M3. [0,5 pt] 2.3. Les résultats obtenus sont-ils cohérents ? [0,25 pt] 3. Célérité de l’onde : deuxième méthode. On dispose maintenant les deux microphones M1 et M2 à la même distance d d’un diapason. On obtient les courbes représentées ci- dessous. L’axe du temps est en milliseconde. On remarque que les signaux sont en phase. Microphone M1 Microphone M2 3.1. Déterminer la période puis la fréquence du son émis par le diapason. [0,25 pt] On éloigne le microphone M2 peu à peu jusqu’à ce que les courbes soient de nouveau en phase. On réitère l’opération jusqu’à compter cinq positions pour lesquelles les courbes sont à nouveau en phase. La distance D entre les deux microphones est alors égale à 3,86 m. 3.2. Pourquoi compte-t-on plusieurs retours de phase plutôt qu’un seul ? [0,25 pt] 3.3. Définir la longueur d’onde. Déduire sa valeur numérique de l’expérience précédente. [0, 5 pt] 3.4. Calculer alors la célérité de l’onde. [0,25 pt] 3.5. D’après les résultats expérimentaux obtenus aux questions 3.4. et 2.2, le milieu de propagation des ondes sonores est-il dispersif ? [0,25 pt] 4. Autre propriété des ondes sonores. Lors d’un concert donné dans une salle, des spectateurs arrivés un peu retard s’étonnent d’entendre de la musique alors qu’ils sont encore dans le hall et donc séparés de la scène par un mur très bien isolé phoniquement. Ils remarquent cependant que la porte, d’une largeur de 1,00 m, est ouverte. La situation est représentée sur le schéma ci- dessous. 4.1. Quel phénomène physique permet d’expliquer l’observation faite par les spectateurs ? [0,25 pt] 4.2. Les amis de Julien ont-ils entendu préférentiellement dans le hall des sons graves (f = 100 Hz) ou des sons très aigus (f = 10.000 Hz) ? Justifier la réponse en calculant les longueurs d’onde correspondantes. [0,5 pt] Lycée Bertène Juminer - Tale S - M. Pichegru www.pichegru.net Année scolaire 2010/2011 2 Exercice 2 La lumière, une onde électromagnétique (3,25 pts) 1. L’onde lumineuse et ses caractéristiques : On rappelle que dans le vide, toutes les ondes électromagnétiques ont la même célérité c = 3,00×108 m·s-1. 1.1. Pour une radiation de fréquence ν, donc de période T et de longueur d’onde λ, se propageant dans le vide à la célérité c, on propose les relations suivantes : (a) ν λ c = ; (b) λ c T = ; (c) T c⋅ = λ 1.1.1. Donner la définition de la longueur d’onde. [0,25 pt] 1.1.2. Préciser l’unité de λ. Choisir dans les relations précédentes la (ou les) relation(s) correcte(s). [0,5 pt] 1.2. Une lampe à vapeur de lithium émet dans le vide une radiation intense de longueur d’onde λ égale à 571 nm. Déterminer la fréquence de cette radiation dans le vide. [0,25 pt] 1.3. La radiation émise par la lampe à vapeur de lithium traverse un milieu transparent d’indice n =1,5. Un élève curieux s’interroge sur les caractéristiques de cette radiation dans ce milieu transparent puis il affirme : « la fréquence est inchangée et la longueur d’onde maintenant égale à 380 nm ». Ces affirmations sont-elles justes ou erronées ? Justifier. [0,25 pt] Données : n : indice de réfraction d’un milieu transparent ; v c n = avec v célérité de la lumière dans le milieu envisagé. 2. Analyse d’une lumière complexe ; le spectromètre à prisme. 2.1. Ce spectromètre utilise les propriétés dispersives d’un prisme en verre. Lorsqu’une lumière polychromatique est dirigée vers l’une des faces d’un prisme, chaque radiation est déviée d’un angle qui dépend de l’indice et donc de la longueur d’onde dans le vide λ. Ci-dessous est représentée la variation de l’indice d’un verre en fonction de la longueur d’onde λ. 2.1.1. Qu’appelle-t-on une lumière polychromatique ? [0,25 pt] 2.1.2. À quelles couleurs sont associées les longueurs d’onde correspondant aux limites du domaine visible ? [0,25 pt] 2.1.3. À l’aide du graphique, déterminer les indices du prisme en verre pour ces longueurs d’onde limites. [0,25 pt] 2.2. Une lumière émise par une lampe à vapeur de mercure contient trois radiations intenses de longueur d’onde : 440 nm, 550 nm et 580 nm. On place sur le trajet de la lumière un filtre qui ne laisse passer que la radiation de longueur d’onde 440 nm et on l’envoie vers le prisme réalisé avec le verre précédent sous une incidence i1 = 45° (voir la figure 1 donnée en annexe ). 2.2.1. La radiation subit une première réfraction en I sur la face AB du prisme. On rappelle la loi de la réfraction : n1·sin(i1) = n2·sin(i2) Milieu (1) : air d’indice : n1 = 1 quel que soit λ. Milieu (2) : verre. Déterminer l’angle de réfraction dans le prisme pour cette radiation. Tracer approximativement le rayon réfracté à l’intérieur du prisme sur la figure 1 de l’annexe à rendre avec la copie. [0,5 pt] 2.2.2. À la traversée de la face AC, une nouvelle réfraction se produit en I’ et un rayon sort du prisme en présentant un angle de déviation D par rapport au rayon incident en I. Compléter la marche du rayon lumineux sur la figure 1 de l’annexe à rendre avec la copie et noter l’angle de déviation D. [0,5 pt] 2.3. On enlève le filtre et un écran est placé après le prisme. Que visualise-t-on sur l’écran lorsque le prisme reçoit l’ensemble de la lumière émise par la lampe à vapeur de mercure ? Justifier. [0,25 pt] Exercice 3 Décomposition du pentaoxyde d’azote (4 pts) Les oxydes d'azote sont émis dans l'atmosphère par les installations de chauffage, les automobiles, les centrales thermiques, les volcans ou les orages. Ils participent à trois phénomènes différents de pollution atmosphérique : - formation des pluies acides, - polution photochimique : création de composés oxydants tels que l'ozone, - augmentation de l'effet de serre. À température élevée, le pentaoxyde de diazote, de formule N2O5, se décompose selon la réaction lente suivante : 2 N2O5 (g) → 4 NO2(g) + O2(g) On se propose d'étudier la cinétique de cette réaction lente et totale. Protocole expérimental. On place du pentaoxyde de diazote dans une enceinte fermée de volume V = 0,50 L à température constante T = 318 K. Un baromètre mesure l'évolution de la pression P de l'enceinte en fonction du temps. À t = 0 on mesure une pression P0 =4,638×104 Pa. Les mesures du rapport P / P0 en fonction du temps sont reportées dans le tableau suivant : Date t en s 0 10 20 40 60 80 100 P / P0 1,000 1,435 1,703 2,047 2,250 2,358 2,422 À partir de ces mesures, il est possible de déterminer l'avancement x de la réaction en fonction du temps et de représenter le graphique de l'avancement x en fonction du temps (cf figure 2 en annexe, à rendre avec la copie). Données : constante des gaz parfaits R = 8,31 J·mol-1·K-1. Équation des gaz parfaits : PV = nRT, n correspond à la quantité de matière totale de gaz du système chimique. 1. Soit n0 la quantité de matière initiale du pentaoxyde de diazote. 1.1. Montrer que n0 = 8,8·10-3 mol. [0,5 pt] 1.2. Compléter le tableau d'avancement de la transformation chimique fourni en annexe (à rendre avec la copie). [0,5 pt] 1.3. Montrer que l'avancement maximal xmax = 4,4 mmol. [0,25 pt] 2. Pour réaliser ce suivi temporel de la réaction, il a fallu trouver la relation entre P / P0 et x. 2.1. Exprimer la quantité de matière totale de gaz n en fonction de n0 et x. [0,25 pt] 2.2. En déduire, en applicant l'équation des gaz parfaits, la relation suivante : 0 0 3 1 n x P P + = [0,5 pt] uploads/Finance/ ts-devoir01.pdf