Seconde · Évaluation 3 · Chapitres 9, 11, 13 et 15
Évaluation — Ondes et signaux
Un sujet de devoir surveillé d'une heure, sur 20 points, avec son corrigé détaillé et son barème. Les corrections sont masquées : fais le sujet en conditions réelles avant de les ouvrir.
Durée : 1 h. Calculatrice autorisée. Toute réponse doit être justifiée ; un résultat numérique s'écrit avec son unité et un nombre de chiffres significatifs adapté.
Données : vitesse du son dans l'air \(340\ \text{m/s}\) · indice de l'air 1,00 · indice de l'eau 1,33.
Compétences évaluées : APP (s'approprier), ANA (analyser), REA (réaliser), VAL (valider), COM (communiquer).
Exercice 1 — Un cri dans la montagne5 points · APP, REA
Un randonneur crie face à une paroi rocheuse et entend l'écho 1,2 s plus tard. On enregistre son cri avec un microphone : sur l'écran, on compte 4 périodes du signal sur une durée de 10 ms.
(1 pt) Le son peut-il se propager dans le vide ? Justifier.
(2 pts) Calculer la période puis la fréquence du son. Est-il audible ?
(2 pts) Calculer la distance entre le randonneur et la paroi.
Correction
Réponse 1
Non : le son est une vibration qui se propage de proche en proche dans un milieu matériel (air, eau, solide) ; il ne se propage pas dans le vide. (1)
(2 pts) Calculer l'angle de réfraction. Le rayon se rapproche-t-il ou s'éloigne-t-il de la normale ?
Partie B. Le spectre de la lumière émise par une lampe inconnue présente trois raies, de longueurs d'onde 436 nm, 546 nm et 577 nm. Spectres de référence : hydrogène 434, 486, 656 nm ; sodium 589 nm ; mercure 436, 546, 577 nm.
(1 pt) S'agit-il d'un spectre continu ou d'un spectre de raies ? Que peut-on dire de la source ?
(1,5 pt) Identifier l'élément présent dans la lampe. Justifier.
Partie A
Réponse 1
Entre le rayon incident et la normale à la surface (et non la surface elle-même). (0,5)
\(29^\circ < 40^\circ\) : le rayon se rapproche de la normale. (loi 0,75 ; calcul 0,75 ; conclusion 0,5)
Partie B
Réponses
3. Spectre de raies d'émission : la lumière est émise par un gaz (à basse pression) d'un élément chimique, et non par un corps chaud, dont le spectre serait continu. (1)
4. Les trois raies correspondent exactement à celles du mercure ; le sodium (589 nm) et l'hydrogène (486 et 656 nm absentes) sont exclus. Un spectre de raies est la « signature » d'un élément. (1,5)
Exercice 3 — L'appareil photo5 points · ANA, REA, VAL
On modélise l'objectif d'un appareil photo par une lentille mince convergente de distance focale \(f' = 5{,}0\ \text{cm}\). Un petit objet AB de 1,0 cm de haut est placé à 15 cm devant la lentille (\(\overline{OA} = -15\ \text{cm}\)).
(1 pt) Calculer la vergence de la lentille.
(2 pts) Par une construction à l'échelle (1 carreau pour 1 cm sur l'axe, avec les rayons particuliers), on trouve l'image à 7,5 cm derrière la lentille. Calculer le grandissement, puis la taille de l'image.
(1 pt) L'image est-elle droite ou renversée ? Agrandie ou réduite ?
(1 pt) Quel élément de l'œil joue le rôle de la lentille ? Lequel joue le rôle du capteur de l'appareil ?
4. Le cristallin joue le rôle de la lentille ; la rétine joue le rôle du capteur (écran). (0,5 + 0,5)
Exercice 4 — Un circuit et un capteur5 points · REA, VAL, COM
Partie A. Un générateur de tension \(U_G = 12\ \text{V}\) alimente en série deux conducteurs ohmiques \(R_1 = 200\ \Omega\) et \(R_2 = 400\ \Omega\).
(2,5 pts) Calculer l'intensité du courant, puis les tensions \(U_1\) et \(U_2\). Vérifier la loi des mailles.
Partie B. La courbe d'étalonnage d'une thermistance CTN donne : 12,5 kΩ à 20 °C ; 8,0 kΩ à 30 °C ; 5,3 kΩ à 40 °C ; 3,6 kΩ à 50 °C.
(1 pt) Pourquoi parle-t-on de capteur ? Quelle grandeur physique est convertie en quelle grandeur électrique ?
(1,5 pt) Plongée dans un bain, la thermistance a une résistance de 6,6 kΩ. Donner un encadrement de la température du bain, puis rédiger une phrase de conclusion.
2. La thermistance convertit une grandeur physique, la température, en une grandeur électrique, sa résistance, que l'on peut mesurer. (1)
3. \(5{,}3 < 6{,}6 < 8{,}0\) kΩ et la résistance diminue quand la température augmente : \(30\ ^\circ\text{C} < \theta < 40\ ^\circ\text{C}\). Conclusion : « Le bain est à une température comprise entre 30 et 40 °C, d'environ 35 °C par lecture sur la courbe d'étalonnage. » (encadrement 1 ; phrase 0,5)