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Devoir surveillé – Mesure et incertitudes

Chapitre 1 | Première STI2D — spécialité Physique-chimie et mathématiques | Physique-Chimie

Dernière mise à jour : 21 octobre 2026

Durée : 1 h — Barème : /20 — Calculatrice autorisée

Nom : Prénom : Classe : Date : Note : / 20

Les réponses doivent être justifiées. Le soin, les unités et le nombre de chiffres significatifs sont notés.

Exercice 1 — Grandeurs, unités et chiffres significatifs (6 points)

1. Donner l'unité SI de base et son symbole pour : (a) la longueur ; (b) la masse ; (c) le temps ; (d) l'intensité électrique. (2 pts)

2. Convertir : (a) \(2{,}5\ \text{mm}\) en m ; (b) \(0{,}40\ \text{A}\) en mA. (1 pt)

3. Indiquer le nombre de chiffres significatifs de : \(0{,}0250\) ; \(103\) ; \(7{,}00\times10^{2}\). (1,5 pt)

4. On calcule une vitesse \(v=\dfrac{d}{t}\) avec \(d=15{,}0\) m et \(t=4{,}2\) s. Donner \(v\) avec le bon nombre de chiffres significatifs et son unité SI. (1,5 pt)

1. (a) mètre (m) ; (b) kilogramme (kg) ; (c) seconde (s) ; (d) ampère (A). (0,5 pt chacun)

2. (a) \(2{,}5\ \text{mm}=2{,}5\times10^{-3}\ \text{m}\) ; (b) \(0{,}40\ \text{A}=400\ \text{mA}\).

3. \(0{,}0250\) → 3 ; \(103\) → 3 ; \(7{,}00\times10^{2}\) → 3.

4. \(v=\dfrac{15{,}0}{4{,}2}=3{,}571\ldots\ \text{m·s}^{-1}\). La donnée \(4{,}2\) a 2 chiffres significatifs → \(v\approx3{,}6\ \text{m·s}^{-1}\).

Exercice 2 — Série de mesures et incertitude de type A (8 points)

Pour vérifier la valeur d'une résistance de référence \(R_{réf}=47{,}0\ \Omega\), on mesure six fois la résistance d'un composant (en Ω) :

Mesure123456
\(R\) (Ω)46,847,247,047,146,947,0

1. Calculer la valeur moyenne \(\overline{R}\). (2 pts)

2. On donne l'écart-type \(s=0{,}14\ \Omega\). Rappeler la formule de l'incertitude-type de type A, puis calculer \(u(R)\) (\(n=6\)). (2,5 pts)

3. Écrire le résultat sous la forme \(R=\overline{R}\pm u(R)\) en respectant les règles d'écriture. (1,5 pt)

4. La mesure est-elle compatible avec la valeur de référence \(R_{réf}=47{,}0\ \Omega\) ? Justifier. (2 pts)

1. Somme \(=46{,}8+47{,}2+47{,}0+47{,}1+46{,}9+47{,}0=282{,}0\) Ω. \(\overline{R}=\dfrac{282{,}0}{6}=47{,}00\ \Omega\).

2. \(u(R)=\dfrac{s}{\sqrt{n}}=\dfrac{0{,}14}{\sqrt{6}}=\dfrac{0{,}14}{2{,}45}\approx0{,}06\ \Omega\).

3. Incertitude à 1 chiffre significatif (\(0{,}06\)), valeur arrondie à la même décimale : \(R=(47{,}00\pm0{,}06)\ \Omega\).

4. Intervalle : \([\,47{,}00-0{,}06\,;\,47{,}00+0{,}06\,]=[\,46{,}94\,;\,47{,}06\,]\ \Omega\). La référence \(47{,}0\) y est incluse : la mesure est compatible avec la résistance de référence.

Exercice 3 — Justesse, fidélité, mesure unique (6 points)

1. Définir en une phrase la justesse et la fidélité d'un instrument. (2 pts)

2. Deux balances pèsent une masse étalon de valeur vraie \(100{,}00\) g. Balance A : 100,05 ; 100,04 ; 100,06 g. Balance B : 99,7 ; 100,3 ; 100,0 g. Sans calcul détaillé, dire laquelle est la plus fidèle et laquelle est la plus juste. Justifier. (2 pts)

3. On lit une longueur sur une règle graduée au millimètre : \(L=126\) mm. Estimer une incertitude-type raisonnable \(u(L)\) et écrire le résultat \(L=L_{mes}\pm u(L)\). (2 pts)

1. Justesse : la moyenne des mesures est proche de la valeur vraie (peu d'erreur systématique). Fidélité : les mesures répétées sont resserrées entre elles (peu d'erreur aléatoire).

2. Balance A est la plus fidèle (valeurs très resserrées autour de 100,05) mais peu juste (moyenne 100,05 ≠ 100,00). Balance B est la plus juste (moyenne \(=\frac{99{,}7+100{,}3+100{,}0}{3}=100{,}0\) g) mais moins fidèle (valeurs dispersées).

3. Mesure unique avec une règle graduée au mm : on prend l'incertitude ≈ demi-graduation, soit \(u(L)\approx0{,}5\) mm. Résultat : \(L=(126{,}0\pm0{,}5)\ \text{mm}\).