Chapitre 10 | Première STI2D — spécialité Physique-chimie et mathématiques | Physique-Chimie
Dernière mise à jour : 21 octobre 2026
Durée : 1 h — Barème : /20 — Calculatrice autorisée
Les réponses doivent être justifiées. Le soin, les unités et le nombre de chiffres significatifs sont notés. Données : \(c=3{,}0\times10^{8}\ \text{m·s}^{-1}\) (lumière dans le vide), \(c_{son}\approx340\ \text{m·s}^{-1}\) (son dans l'air).
1. Donner la différence essentielle entre une onde mécanique et une onde électromagnétique, avec un exemple de chaque. (2 pts)
2. Compléter : « La propagation d'une onde correspond à un transfert d'……………… sans déplacement de ………………. » (1 pt)
3. Le son dans l'air est-il une onde longitudinale ou transversale ? Justifier. (1,5 pt)
4. Citer les trois phénomènes qui peuvent se produire quand une onde rencontre une paroi, et donner un exemple pour l'un d'eux. (1,5 pt)
1. Une onde mécanique a besoin d'un milieu matériel pour se propager (ex. le son dans l'air) ; une onde électromagnétique se propage même dans le vide (ex. la lumière). (1 pt nature + 1 pt exemples)
2. Transfert d'énergie sans déplacement de matière.
3. Longitudinale : la vibration de l'air (compressions/dilatations) est parallèle à la direction de propagation.
4. Transmission, réflexion, absorption. Exemple : réflexion → l'écho de la voix sur un mur (ou transmission → la lumière traverse une vitre ; absorption → un mur atténue le Wi-Fi).
Un randonneur crie face à une falaise. Il entend son écho revenir \(\Delta t=1{,}6\) s après avoir crié. On prend \(c_{son}=340\ \text{m·s}^{-1}\).
1. De quel phénomène l'écho est-il un exemple ? (1 pt)
2. Le son fait un aller-retour jusqu'à la falaise. Écrire la relation entre la distance \(d\) (randonneur–falaise), la célérité \(c_{son}\) et le temps \(\Delta t\). (2 pts)
3. Calculer la distance \(d\) qui sépare le randonneur de la falaise. (2,5 pts)
4. Le son crié a une fréquence \(f=250\) Hz. Calculer sa longueur d'onde \(\lambda\) dans l'air. Ce son est-il audible ? (2,5 pts)
1. L'écho est un phénomène de réflexion de l'onde sonore sur la falaise.
2. L'onde parcourt l'aller-retour, soit \(2d\), à la vitesse \(c_{son}\) pendant \(\Delta t\) : \(2d=c_{son}\times\Delta t\), donc \(d=\dfrac{c_{son}\,\Delta t}{2}\).
3. \(d=\dfrac{340\times1{,}6}{2}=\dfrac{544}{2}=272\ \text{m}\approx2{,}7\times10^{2}\ \text{m}\).
4. \(\lambda=\dfrac{c_{son}}{f}=\dfrac{340}{250}=1{,}4\ \text{m}\). Le son de 250 Hz est compris entre 20 Hz et 20 000 Hz : il est audible.
1. Citer la valeur de la célérité d'une onde électromagnétique dans le vide. (1 pt)
2. Un émetteur Wi-Fi fonctionne à la fréquence \(f=2{,}4\ \text{GHz}=2{,}4\times10^{9}\) Hz. Calculer la longueur d'onde \(\lambda\) de cette onde dans le vide. (2 pts)
3. Ranger les rayonnements suivants par longueur d'onde décroissante : rayons X ; ondes radio ; lumière visible. (1,5 pt)
4. Citer un risque lié à l'usage d'un laser, et une précaution à prendre. (1,5 pt)
1. \(c=3{,}0\times10^{8}\ \text{m·s}^{-1}\) (soit 300 000 km·s\(^{-1}\)).
2. \(\lambda=\dfrac{c}{f}=\dfrac{3{,}0\times10^{8}}{2{,}4\times10^{9}}=0{,}125\ \text{m}\approx0{,}13\ \text{m}\) (soit environ 12 cm).
3. Longueur d'onde décroissante : ondes radio > lumière visible > rayons X.
4. Risque : le faisceau concentré d'un laser peut léser la rétine (brûlure de l'œil). Précaution : ne jamais diriger un laser vers les yeux ni le regarder en face ; porter des lunettes de protection adaptées.