LES ONDES
BAC2
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Pr. Lahoucine Hajji
(PC – SM)
hajji1966@gmail.com
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2010-2020
Pr Lahoucine Hajji
BAC 2020 : SM
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Rattrapage 2019
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B AC SM 2018 Ratt
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Pr Lahoucine Hajji
On s’intéresse dans cet exercice à l’étude de certaines propriétés de la lumière rouge émise par un
laser hélium-néon(He-Ne). Dans l’air, la longueur d’onde de cette lumière est λ=633nm .
Données : - Célérité de la lumière dans l’air :c= 3.108 m/s ;
- Constante de Planck : h= 6,63.10-34 J.s ;
- 1eV 1,6022.10-19 J
- Pour les petits angles : tanθ ≈θ où θ est exprimé en radian.
1-Diffraction de la lumière monochromatique émise par le laser hélium-néon(He-Ne) :
Pour déterminer la largeur a d’une fente d’un diaphragme, on utilise la lumière rouge
monochromatique émise par le laser hélium-néon. Pour cela, on réalise l’expérience schématisée sur la figure1.
On éclaire la fente de largueur a par le faisceau laser et on observe des taches lumineuses sur un écran placé à une distance D de la fente. Ces taches sont séparées par des zones sombres. La largeur de la tache centrale est l
1-1- Choisir la proposition juste parmi les
affirmations suivantes :
a- Dans le verre, la lumière se propage
avec une vitesse plus grande que dans l’air.
BAC 2017 SM/SN
Pr Lahoucine Hajji
2- Etude de la radiation émise par le laser He-Ne :
2-1- Calculer, en électron-volt ( eV), l’énergie du photon
associée à la lumière rouge émise.
2-2- La figure 2 représente un diagramme simplifié des
niveaux d’énergie de l’atome de néon.
La radiation de longueur d’onde λ=633nm émise par le
laser He-Ne est due au passage de l’atome du néon Ne
du niveau d’énergie En au niveau d’énergie Ep .
Déterminer En et Ep .
Pr Lahoucine Hajji
Physique: Ondes : Propagation d’une onde ultrasonore (2,25 points)
On trouve parmi les applications des ondes ultrasonores, l’exploration du relief des fonds marins et la localisation des regroupements de poissons, ce qui nécessite la connaissance de la vitesse de propagation de ces ondes dans l’eau de mer. Le but de cet exercice est de déterminer la vitesse de propagation d’une onde ultrasonore dans l’air et dans l’eau de mer.
BAC 2016 SM/rat
1-Détermination de la vitesse de propagation d’une onde ultrasonore dans l’air
On place un émetteur E d’ondes ultrasonores et deux récepteurs R1 et R2 comme l’indique la figure 1. L’émetteur E envoie une onde ultrasonore progressive sinusoïdale qui se propage dans l’air. Celle-ci est captée par les deux récepteurs R1 et R2 . On visualise, à l’oscilloscope, sur la voie Y1 le signal capté par R1 et sur la voie Y2 le signal capté par R2 . Lorsque les deux récepteurs R1 et R2 se trouvent à la même distance de l’émetteur E , les deux courbes correspondant aux signaux captés sont en phase (figure 2). En éloignant R2 de R1 , on constate que les deux courbes ne restent plus en phase.
En continuant d’éloigner R2 de R1 , on constate que les deux courbes se retrouvent à nouveau en phase et pour la quatrième fois, lorsque la distance entre les deux récepteurs R1 et R2 est d 3,4cm (figure 1).
Pr Lahoucine Hajji
1-1-Choisir la proposition juste, parmi les propositions suivantes :
a- Les ondes ultrasonores sont des ondes électromagnétiques.
b -Les ondes ultrasonores ne se propagent pas dans le vide .
c- Le phénomène de diffraction ne peut pas être obtenu par les ondes ultrasonores.
d- Les ondes ultrasonores se propagent dans l’air avec une vitesse égale à la célérité de la lumière.
1-2- Déterminer la fréquence N de l’onde ultrasonore étudiée.
1-3 -Vérifier que la vitesse de propagation de l’onde ultrasonore dans l’air est Va =340m/s .
2-Détermination de la vitesse de propagation d’une onde ultrasonore dans l’eau de mer
L’émetteur envoie l’onde ultrasonore précédente dans deux tubes, l’un contenant de l’air l’autre étant rempli d’eau de mer(figure 3). Le récepteur R1 capte l’onde qui se propage dans l’air et le récepteur R2 capte l’onde qui se propage dans l’eau de mer. Soient Δt le retard temporel de réception de l’onde qui se propage dans l’air par rapport à celle qui se propage dans l’eau de mer et l la distance entre l’émetteur et les deux récepteurs. En mesurant le retard Δt pour différentes distances entre l’émetteur et les deux récepteurs (figure 3) , on obtient la courbe de la figure 4 .
2-1-Exprimer Δt en fonction de ,Va et Ve vitesse de propagation de l’onde dans l’eau de mer.
2-2 -Déterminer la valeur de Ve.
Pr Lahoucine Hajji
Pr Lahoucine Hajji
Application BAC 2014 SM
Le tsunami est modélisé par une onde mécanique progressive périodique qui se propage à
la surface de l’eau avec une vitesse v qui varie avec la profondeur de l’océan h suivant la relation
dans le cas ou l’océan est moins profond par rapport à la longueur d’onde
On donne :
On étudie la propagation de l’onde tsunami dans une région de l’océan de profondeur
Supposée constante h = 6000m
des côtes. Comment varie la longueur d’onde si l’onde se rapproche de la côte. Justifier votre réponse
5) L’onde tsunami passe entre deux entre deux îles A et éparées par une distance d =100km.
On suppose que la profondeur de l’océan au voisinage des deux îles reste constante et que
l’ onde tsunami incidente est linéaire de longueur d’onde
5-1) Est ce que la condition de diffraction est vérifiée au passage de l’onde entre les deux îles.
5-2) dans le cas ou il y a diffraction :
Pr Lahoucine Hajji
Exercice1 : (2 points) Détermination de la vitesse d’écoulement d’un liquide
Les ondes ultrasonores sont des ondes mécaniques qui peuvent se propager dans les liquides avec une vitesse qui dépend de la nature du liquide et de la vitesse de son écoulement .
L’objectif de cet exercice est de déterminer la vitesse d’écoulement de l’eau dans une conduite .
1-Propagation d’une onde ultrasonore
une onde ultrasonore de fréquence N=50kHz se propagent dans une eau calme avec une vitesse v0=1500ms-1.
1.1- Calculer la longueur d’onde λ de cette onde ultrasonore se propageant dans une eau calme.
1.2- La valeur de λ varie-t-elle si cette onde se propage dans l’air ?Justifier la réponse .
2- Mesure de la vitesse d’écoulement de l’eau dans une conduite
Une onde ultrasonore se propage à la vitesse v dans une eau qui coule à la vitesse ve dans une conduite tel que
Avec lecteur vitesse de propagation de cette onde dans une eau calme.
Pour déterminer la vitesse ve d’écoulement de l’eau dans une conduite horizontale , on y place un émetteur E et un récepteur R d’ondes ultrasonores .
L’émetteur E et le récepteur R sont situés sur la même droite horizontale et parallèle à la direction du mouvement de l’eau et sont séparés d’une distance d=1,0m.
L’émetteur E émet une onde ultrasonore de faible durée qui est reçue par le récepteur R.
Un dispositif adéquat permet d’enregistrer le signal u(t) reçu par le récepteur R. On enregistre le signal u(t) dans les deux cas suivants :
- 1er cas : L’émetteur E est à la position A , et le récepteur R est à la position B (figure1).
- 2eme cas : L’émetteur E est à la position B , et le récepteur R est à la position A (figure2).
BAC 2012-SM/Rat
Pr Lahoucine Hajji
On considère, pour chaque cas ,l’instant de l’émission de l’onde ultrasonore par l’émetteur E comme
origine des dates.
La figure 3 représente les deux
enregistrements obtenus (a) et (b) .
Pr Lahoucine Hajji
2.1-Indiquer l’enregistrement correspondant au 2ème cas .Justifier la réponse .
2.2- τ représente la différence des deux durées de propagation de l’onde ultrasonore de l’émetteur E au récepteur R dans les deux cas.
a- Déterminer l’expression de τ en fonction de ve, v0 et d .
b- En négligeant la vitesse ve devant v0 , déterminer la vitesse ve d’écoulement de l’eau dans la conduite sachant que τ = 2,0 μs .
Pr Lahoucine Hajji
EXERCICE 1 (2 points) : Détermination de la longueur d’onde d’un rayon lumineux Le milieu de propagation des ondes lumineuses est caractérisé par l’indice de réfraction n=c/v pour une fréquence donnée , dont c est la vitesse de propagation de la lumière dans le vide ou dans l’air et v la vitesse de propagation de la lumière monochromatique dans ce milieu. L’objectif de cet exercice est d’étudier la propagation de deux rayons lumineux monochromatiques de fréquences différentes dans un milieu dispersif .
1- Détermination de la longueur d’onde λ d’une lumière monochromatique dans l’air On réalise l’expérience de diffraction en utilisant une lumière monochromatique de longueur d’onde λ dans l’air . On place à quelques centimètres de la source lumineuse une plaque opaque dans laquelle se trouve une fente horizontale de largeur a = 1,00 mm (figure 1) . On observe sur un écran vertical placé à D = 1,00 m de la fente des taches lumineuses .La largeur de la tâche centrale est L=1,40 mm.
BAC 2011 SM/rat
1.1- Choisir la réponse juste :
La figure de diffraction observée sur l’écran est :
a) Suivant l’axe x’x ;
b) Suivant l’axe y’y .
1.2- Trouver l’expression de λ en fonction de a , L, et D . calculer λ .
On rappelle que l’écart angulaire est
2) Détermination de la longueur d’onde d’une lumière monochromatique dans le verre transparent .
Pr Lahoucine Hajji
Un rayon lumineux (R1) monochromatique de fréquence ν1 = 3,80.1014 Hz arrive sur la face plane d’un demi cylindre en verre transparent au point d’incidence I sous un angle d’incidence i = 60°. Le rayon (R1) se réfracte au point I et arrive à
l’écran vertical au point A (figure2) . On fait maintenant arriver un rayon lumineux monochromatique (R2) de fréquence
ν2 = 7,50.1014 Hz sur la face plane du demi cylindre sous le même angle d’incidence i = 60° .On constate
que le rayon (R2) se réfracte aussi au point I mais il arrive à l’écran vertical en un autre point B de tel sorte que l’angle entre les deux rayons réfractés est α=0,563° .
Données :
- L’indice de réfraction du verre pour le rayon lumineux de fréquence ν1 est n1 = 1,626 .
- L’indice de réfraction de l’air est 1,00.
- c =3,00.108 m.s-1 .
2.1- montrer que la valeur de l’indice de réfraction du verre pour le rayon lumineux de fréquence ν2 est n2 = 1,652 .
2.2- trouver l’expression de la longueur d’onde λ2 du rayon lumineux de fréquence ν2 dans le verre ,en fonction de c, n2 et ν2 . Calculer λ2 .
Pr Lahoucine Hajji
PHYSIQUE 1 (1,75 points) Détermination du diamètre d’un fil fin
Lorsque la lumière rencontre un obstacle , elle ne se propage plus en ligne droite , il se produit le phénomène de diffraction . ce phénomène peut être utilisé pour déterminer le diamètre d’un fil très fin .
Données :
La célérité de la lumière dans l’air est c = 3,00.108 m.s-1.
L’écart angulaire θ entre le centre de la tache centrale et la 1ère extinction lors de la diffraction par une fente ou par un fil est exprimé par la relation
dont λ est la longueur d’onde et a la largeur de la fente ou le diamètre du fil .
1- Diffraction de la lumière
On réalise une expérience de diffraction à l’aide d’une lumière monochromatique de fréquence ν = 4,44.1014 Hz .
On place à quelques centimètres de la source lumineuse une fente verticale de largeur a . La figure de diffraction est observée sur un écran vertical placé à une distance D = 50,0cm de la fente . La figure de diffraction est constituée d’une série de taches
situées sur une perpendiculaire à la fente ,figure (1) .
BAC 2010 SM/rat
La tache centrale est plus éclairée et plus large que les autres , sa largeur est L1 = 6,70.10-1cm .
1.1- Quel est la nature de la lumière que montre
cette expérience ?
1.2-Trouver l’expression de a en fonction de L1 , D , ν et c .
Calculer a .
Pr Lahoucine Hajji
2- On place entre la fente et l’écran un bloc de verre de forme parallélépipédique comme l’indique la figure (2) . L’indice de réfraction du verre pour la lumière monochromatique
utilisée est n = 1,61 .
On observe sur l’écran que la largeur de la tache lumineuse centrale prend une valeur L2 .
Trouver l’expression de L2 en fonction de L1 et n .
3- Détermination du diamètre du fil de la toile d’araignée
On garde la source lumineuse et l’écran à leur place . On enlève le bloc de verre et on remplace la fente par un fil rectiligne vertical de la toile d’araignée . On mesure la largeur de la tache centrale sur l’écran ,
on trouve alors L3= 1,00cm .
Déterminer le diamètre du fil de toile d’araignée
Pr Lahoucine Hajji