Physique Mesure de la période et de la longueur d onde des ultrasons 30 min

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1 TS Révision de TP TP n 9 Physique Mesure de la période et de la longueur d onde des ultrasons 0 min But du TP : Etudier le phénomène de propagation d une onde : Déterminer la période, la fréquence, la longueur d onde et la célérité d une onde mécanique progressive. oscilloscope 1 émetteur US + récepteurs US + câbles coaxiaux 1 alimentation ultrasons + 1 plaque ultrasons 1 mètre de m + 1 réglet I. Vérification de la fréquence des ultrasons Un émetteur E d ondes ultrasonores émet en continu des ondes sinusoïdales. Ces ondes de fréquence f = 40 khz se propagent dans l air et sont reçues par deux récepteurs R1 et R côte à côte. Relier les deux récepteurs R1 et R à l oscilloscope. Faire vérifier votre montage par le professeur 1) Proposer un protocole pour mesurer avec précision la période T du signal. ) En déduire la fréquence f des ultrasons. Conclure. II. Vérification de la longueur d onde des ultrasons 1. Protocole expérimental Régler l oscilloscope afin d observer un écran proche de la représentation ci-contre Eloigner très lentement l un des deux récepteurs. Observer l évolution du signal de ce récepteur par rapport au signal de l autre récepteur. Repérer les positions du récepteur pour lesquelles les abscisses de leurs maxima (et de leurs minimas) sont confondues. On dit alors que les ondes sont en phase.. Longueur d onde et célérité La longueur d onde est la distance séparant deux points consécutifs pour lesquels les ondes sont en phase. La longueur d onde également la distance parcourue par l onde en une période T..1. Proposer un protocole pour déterminer, avec la plus grande précision, la longueur d onde de l onde des ultrasons dans l air... Donner la relation liant la longueur d onde, la période T d une onde et sa célérité v... En déduire la célérité expérimentale v exp de l onde ultrasonore. Calcul d incertitudes L incertitude élargie U(T) sur la période T est : U(T) = L incertitude élargie U( ) sur la longueur d onde est : U( ) =.1. Calculer l incertitude relative U(v exp) v exp 0,1 µs. en utilisant la relation : U(v exp) v exp 1 mm. = U( ) + U(T) T.. En déduire l incertitude absolue U(v exp )... La valeur théorique de la vitesse est v = 40 m.s -1. Votre mesure est-elle cohérente? 4/05/014 TP_revision.doc 1/5

2 TS Révision de TP TP n 9 Physique Etude de sons 0 min But du TP : Analyse spectrale d un son musical. ordinateur avec carte son via Regressi casque micro diapason la + flute la Manipulations Avant de jouer toute œuvre musicale, les musiciens d un orchestre accordent leur instrument. Par tradition, c est le joueur de hautbois (ou le pianiste) qui donne le la, permettant ainsi au premier violon puis à tous les musiciens de s accorder. «Donner le la» signifie que l on donne une note de référence, le la, également appelé «la» ou «la 440», qui permet à chaque instrument une fois accordé de produire un son harmonieux. Cette note peut aussi être produite par un instrument nommé diapason, qui peut être électronique ou mécanique. Nous allons étudier ces différents sons pour déterminer leurs similitudes et leurs différences. Acquisition Brancher le micro au boitier d acquisition OrphyLab sur la voie U. Ouvrir le logiciel OrphyLab présent sur l ordinateur et vérifier les paramètres suivants : Cliquer sur la voie U pour la sélectionner. Choisir : Durée = 0 ms ; Nombre (de mesures) = 51 ; Déclenchement : Clavier (cocher Loupe automatique) ; Placer le micro près de l ouverture de la caisse de résonance et faire tinter (doucement) le diapason : L enregistrement débute en appuyant sur la barre d espace : Visualiser le signal. Cliquer sur l icône Regressi (commentaires : nom de l instrument étudié) et enregistrer le fichier. Revenir sur OrphyLab et enregistrer le son émis par la flûte la (ou tout autre instrument jouant la même note). Cliquer sur l icône Regressi et enregistrer le fichier. Ou brancher directement le micro sur l ordinateur et faire tinter le diapason juste devant. L exploitation se fait alors directement sur Regressi. Faire vérifier votre acquisition par le professeur 1. Fréquence des deux sons 1.1. Définir l onde sonore émise par le diapason et par l instrument de musique. 1.. En utilisant l outil graphique Réticule, déterminer la période T de l onde sonore émise par le diapason. 1.. En déduire la fréquence f des ondes ultrasonores L incertitude élargie U(T) sur la mesure de la période est : U(T) = 0,1 ms 1.4. Calculer l incertitude élargie U(f) = f U(T) T 1.5. D après la littérature, la fréquence d un la vaut f théorique = 440 Hz. Conclure L onde sonore émise par l instrument de musique possède-t-elle la même fréquence? Justifier.. Analyse spectrale On peut obtenir le spectre de chaque signal périodique grâce à une analyse de Fourier (icône cicontre). Pour le son du diapason, cliquer sur cet icône. Choisir l icône Limite / Période, puis zoomer sur le pic de plus grande amplitude grâce à l icône Loupe..1. Que représentent les axes des abscisses et des ordonnées?.. Comparer la valeur de la fréquence de ce pic avec la valeur précédente... Le son du diapason est-il pur ou complexe? 4/05/014 TP_revision.doc /5

3 TS Révision de TP TP n 9 Physique Les interférences lumineuses 0 min But du TP : Etudier le phénomène d interférences lumineuses mètre de m + réglet de 1 m laser + écran diapositive avec un jeu de fentes verticales séparées par une distance a connue diapositive avec un réseau. Ordinateur + Regressi I. Mise en évidence du phénomène d interférences La figure d interférence obtenue avec deux fentes verticales séparées d une distance a est donnée ci-dessous. Dispositif expérimental interférentiel On définit l interfrange i caractéristique du dispositif. L interfrange i est liée à la longueur d onde λ du laser, à la distance D fente écran ainsi qu à la distance a D séparant les fentes par la relation : i = a 1) Proposer un protocole permettant de faire apparaître une figure d interférence. Attention à la sécurité! ) Calculer l interfrange i du jeu de fentes utilisé. II. Vérification de la longueur d onde du laser ) Proposer un protocole afin de vérifier graphiquement la longueur d onde λ du laser. L utilisation de Regressi est obligatoire. 4) Déterminer la longueur d onde expérimentale exp du laser. 5) Calculer l écart relatif entre la valeur expérimentale et la valeur théorique de la longueur d onde. 4/05/014 TP_revision.doc /5

4 TS Révision de TP TP n 9 Physique Dosage du vinaigre 0 min Objectif : Déterminer le degré d un vinaigre. Matériel possible : Fioles jaugées de 50,0 ml et de 100,0 ml Eprouvettes graduées de 50 ml et de 100 ml Pipettes jaugées de 10,0 ml et de 0,0 ml + pipeteur Pipette graduée de 5,0 ml Burette graduée de 5,0 ml, Béchers de 100 ml et de 50 ml ph-mètre déjà étalonné ; agitateur magnétique. Vinaigre blanc du commerce Solution S de vinaigre blanc diluée 0 fois. Solution de soude (ou d hydroxyde de sodium) de concentration C B = 0,10 mol.l -1 Données : le degré d acide d un vinaigre est numériquement égal à la masse d acide éthanoïque CH COOH pur contenu dans 100 g de vinaigre. On considère que la masse volumique du vinaigre est égale à 1,0 g.ml -1. M(CH COOH) = 60 g.mol -1 Recherche du point équivalent sur une courbe ph-métrique Méthode de la dérivée La courbe dérivée d(ph) = f (Vb) possède un extremum dont l abscisse correspond au volume à l équivalence. dvb En cliquant sur l icône Outils gr. réticule libre, vous pouvez obtenir les coordonnées du point d équivalence E. Méthode des tangentes Regressi vous permet un tracé des tangentes en cliquant sur l icône Outils gr. et en choisissant tangente puis méthode des tangentes. I. Dilution du vinaigre 1) Donner un protocole pour préparer une solution S de vinaigre blanc dilué 0 fois. ) Réunir le matériel nécessaire à cette dilution Faire vérifier votre matériel par le professeur II. Titrage ph-métrique 1. Manipulation Le titrage sera réalisé pour un volume prélevé de 10,0 ml de solution S de vinaigre dilué. Un ajout d environ 0 ml d eau distillée sera nécessaire Donner un protocole pour réaliser un tel titrage. Choisir le matériel Faire vérifier votre méthode et votre matériel par le professeur 1.. Quelle est l utilité d un ajout d environ 0 ml d eau distillée?. Exploitation L équation de la réaction de titrage est : CH COOH (aq) + HO - (aq) CH COO - (aq) + H O A partir de la courbe jointe :.1. Déterminer le volume à l équivalence V E et le ph à l équivalence ph E... Définir l équivalence par une phrase... Calculer la concentration C A de la solution diluée S de vinaigre puis celle C 0 de la solution mère de vinaigre.4. En déduire le degré d acidité du vinaigre. 4/05/014 TP_revision.doc 4/5

5 Courbe ph-métrique 4/05/014 TP_revision.doc 5/5