Physique Mesure de la période et de la longueur d - Bougaud-free

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Révision de TP
TP n°29
Physique
Mesure de la période et de la longueur d’onde des ultrasons
30 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.
 Matériel à disposition :
oscilloscope
1 émetteur US + 2 récepteurs US + câbles coaxiaux
1 alimentation ultrasons + 1 plaque ultrasons
1 mètre de 3 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 R2 côte à côte.
Relier les deux récepteurs R1 et R2 à l’oscilloscope.
 Faire vérifier votre montage par le professeur
1) Proposer un protocole pour mesurer avec précision la période T du signal.
2) 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.
2. 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.
2.1. Proposer un protocole pour déterminer, avec la plus grande précision, la longueur d’onde de l’onde des
ultrasons dans l’air.
 Faire vérifier votre protocole par le professeur
2.2. Donner la relation liant la longueur d’onde , la période T d’une onde et sa célérité v.
2.3. En déduire la célérité expérimentale vexp de l’onde ultrasonore
3. Calcul d’incertitudes
2
L’incertitude élargie U(T) sur la période T est : U(T) =
0,1 µs.
3
L’incertitude élargie U( ) sur la longueur d’onde
3.1.
3.2.
3.3.
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est : U( ) =
2
3
1 mm.
U(vexp)
U(vexp) 2 U( ) 2 U(T)
en utilisant la relation :
=
+
vexp
vexp
T
En déduire l’incertitude absolue U(vexp).
La valeur théorique de la vitesse est v = 340 m.s-1. Votre mesure est-elle cohérente ?
Calculer l’incertitude relative
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TP n°29
Physique
Etude de sons
30 min
 But du TP : Analyse spectrale d’un son musical.
 Matériel à disposition :
ordinateur avec carte son via Regressi
casque micro
diapason la3 + flute la3
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 « la3 » 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 U3.
Ouvrir le logiciel OrphyLab présent sur l’ordinateur et vérifier les paramètres suivants :
 Cliquer sur la voie U3 pour la sélectionner.
 Choisir : Durée = 20 ms ; Nombre (de mesures) = 512 ; 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 la3 (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.
1.2. En utilisant l’outil graphique Réticule, déterminer la période T de l’onde sonore émise par le diapason.
1.3. En déduire la fréquence f des ondes ultrasonores
2
L’incertitude élargie U(T) sur la mesure de la période est : U(T) =
0,1 ms
3
U(T)
1.4. Calculer l’incertitude élargie U(f) = f ×
T
1.5. D’après la littérature, la fréquence d’un la3 vaut fthéorique = 440 Hz. Conclure.
1.6. L’onde sonore émise par l’instrument de musique possède-t-elle la même fréquence ? Justifier.
2. 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.
2.1. Que représentent les axes des abscisses et des ordonnées ?
2.2. Comparer la valeur de la fréquence de ce pic avec la valeur précédente.
2.3. Le son du diapason est-il pur ou complexe ?
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Physique
Les interférences lumineuses
30 min
 But du TP : Etudier le phénomène d’interférences lumineuses
 Matériel à disposition :
mètre de 3 m + réglet de 1 m
laser + écran
diapositive avec un jeu de 2 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 2 fentes par la relation : i =
a
1) Proposer un protocole permettant de faire apparaître une figure d’interférence. Attention à la sécurité !
 Faire vérifier votre protocole par le professeur
2) Calculer l’interfrange i du jeu de fentes utilisé.
II. Vérification de la longueur d’onde du laser
3) Proposer un protocole afin de vérifier graphiquement la longueur d’onde λ du laser. L’utilisation de Regressi est
obligatoire.
 Faire vérifier votre protocole par le professeur
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.
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Physique
Dosage du vinaigre
30 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 20,0 mL + pipeteur
Pipette graduée de 5,0 mL
Burette graduée de 25,0 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 20 fois.
Solution de soude (ou d’hydroxyde de sodium) de concentration CB = 0,10 mol.L-1
 Données : le degré d’acide d’un vinaigre est numériquement égal à la masse d’acide éthanoïque CH3COOH pur
contenu dans 100 g de vinaigre. On considère que la masse volumique du vinaigre est égale à 1,0 g.mL -1.
M(CH3COOH) = 60 g.mol-1
 Recherche du point équivalent sur une courbe pH-métrique
Méthode de la dérivée
d(pH)
 La courbe dérivée
= 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 20 fois.
2) 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 20 mL d’eau distillée sera nécessaire.
1.1. Donner un protocole pour réaliser un tel titrage. Choisir le matériel
 Faire vérifier votre méthode et votre matériel par le professeur
1.2. Quelle est l’utilité d’un ajout d’environ 20 mL d’eau distillée ?
2. Exploitation
L’équation de la réaction de titrage est : CH3COOH (aq) + HO-(aq)
CH3COO-(aq) + H2O
A partir de la courbe jointe :
2.1. Déterminer le volume à l’équivalence VE et le pH à l’équivalence pHE.
2.2. Définir l’équivalence par une phrase.
2.3. Calculer la concentration CA de la solution diluée S de vinaigre puis celle C0 de la solution mère de vinaigre
2.4. En déduire le degré d’acidité du vinaigre.
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 Courbe pH-métrique
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