Correction de l`exercice N°1 - Collège Notre

Collège Notre - Dame
de Jamhour
PHYSIQUE
Correction de l'examen 1
Chapitres 6,7,8,9 et 10 +(1 Spécialité)
Classe SPC
Durée : 105 minutes
Date : 17/12/2013
Correction de l'exercice N1
En 1926, les physiciens américains C. Davisson (1881-1958) et L. Germer (1896-1971) dirigent un canon à électrons
en direction d’un cristal de nickel. Ils constatent que les électrons sont diffractés par le cristal dans des directions bien
précises. Ils observent une figure de diffraction lorsque les électrons ont une énergie cinétique comprise entre 60 eV
et 80 eV.
1. Quelle observation faite par les deux physiciens permet d’associer à l’électron un caractère ondulatoire ?
La diffraction
2. Rappeler la relation de De Broglie qui illustre le caractère particulaire et ondulatoire de la matière. Rappeler
les unités des deux grandeurs physiques concernées.
 = h/p avec :
  = la longueur d'onde de matière
 h = la constante de Planck
 P = la quantité de mouvement
3. Préciser en quoi cette relation fait le lien entre l’aspect particulaire et l’aspect ondulatoire de la matière et
justifier la notion d'onde de matière introduite par De Broglie.


= la longueur d'onde de matière( l’aspect ondulatoire )
P = la quantité de mouvement
4. Montrer que la longueur d’onde λ des ondes associées aux électrons s’exprime par :
Ec = 1/2 mv2 et p = mv  p2 = m2 v2 et p =
Or =
alors  =
5. Entre quelles valeurs de longueur d’onde se situent ces ondes de matière ?
=
= 1,59.10-10 m
=
= 1,37.10-10m
Correction de l'exercice N2
1. Détermination du caractère négatif de la charge de l’électron par J.J.Thomson.

1.1. D’après l’échelle de 1,0 cm pour 5,0 kV.m-1, et comme E = 15,0 kV.m-1, on en déduit que E
sera représenté par une flèche de 3,0 cm.
y
+++++++++++++
Annexe
Canon à
électrons

E

v0
x
O
–––––––––––––
L
1.2. (Lire la question suivante avant de répondre) Le document 4 indique que des particules de
charges opposées s’attirent. Le faisceau d’électrons étant attiré par la plaque chargée
positivement, c’est que les électrons sont porteurs d’une charge négative.


1.3. F  e.E
Entre les plaques, l’électron n’est soumis qu’à la force électrostatique qui le dévie vers la plaque
chargée positivement. Cette force est donc de sens opposé au champ électrostatique, et comme


F  qE
. , cela impose que q < 0.
2. Détermination du rapport e/m pour l’électron.
2.1. On applique la deuxième loi de Newton au système électron, dans le référentiel terrestre
supposé galiléen.




 dp dm.v dm 


dv
dv
dm
F


.v  m.
comme m = Cte alors
 0 et il vient F  m.
= m. a
dt
dt
dt
dt
dt  dt
e.E  m.a

 e.E

a
Le vecteur accélération est de sens opposé au vecteur champ E .
m
 a x  0
Par projection suivant les axes du repère défini dans le document 5, on obtient a 
e.E
a y  m
2.2.1. y(x=L) = h
e.E 2
h=
.L
2.m.v 20
e 2.v 02 .h

m E.L2
2
7
2
e 2   2, 27  10   1, 85  10
2.2.2.
= 1,76×1011 C.kg-1

2
3
2

m
15, 0  10   8, 50  10 
Correction de l'exercice N3
Etude d’un violon
1. La table d'harmonie d'un violon
1.1 Dans un violon, les cordes jouent le rôle d'excitateur et la caisse sert de résonateur.
Les cordes créent les vibrations (mode fondamental et modes harmoniques) à l'origine du son,
et la caisse amplifie ce son avant de le transmettre à l'air ambiant.
1.2 On modifie la hauteur du son émis par une corde en changeant la longueur de cette corde.
Pour cela, on plaque la corde contre la touche à l'aide des doigts de la main gauche.
1.3 Les vibrations sont transmises des cordes à la caisse de résonance par le chevalet et la table d'harmonie.
1.4 Afin d'avoir un son de bonne qualité, il faut que la table d'harmonie transmette fidèlement les
vibrations des cordes à la caisse de résonance.
Il est donc indispensable que la forme et la structure de la table d'harmonie soit étudiées,
puis réalisées avec le plus grand soin, avec des matériaux judicieusement choisis.
2. Ondes émises par un violon
2.1 La direction de propagation de l'onde est perpendiculaire à la direction de la perturbation
(pincement de la corde), c'est une onde transversale.
2.2
2.3 Il se forme un seul fuseau de longueur la moitié d'une longueur d'onde sur la corde de longueur l.
On en déduit que L = λ/2.
2.4.1 La célérité v est donnée par la relation v=
T
v
or  = = 2 L d’où 2 L f =
μ
f
T
μ
2.4.2 D’après la question précédente, T=4μL² f32.
A.N. : T= 4 x 0,95 x 10-3  0,552  4402. Donc T=2,2lO2 N
2.5 La longueur L' de la corde est modifiée, ce qui modifie la longueur d'onde du son émis et donc, sa fréquence.
Cela a pour conséquence de modifier la note jouée.
Comme T ne change pas et que μ est constant, la célérité v n'est pas modifiée.
v= λf2=2L f2 et v= λ’f3 =2L’ f3 donc L’ f3= L f2 soit L’=L f2 /f3
AN: L'= (0,55  294)/440 0. Donc L’=0,37 m
2.6.1 L'énoncé indique qu'un diapason émet un son de fréquence unique 440 Hz.
Le spectre n°1 est celui du son joué par le diapason, puisqu'il ne contient qu'une seule fréquence située aux
environs de 440 Hz.
Le spectre n°2 est celui du son produit par la corde la3 : il contient la fréquence fondamentale et en plus des
fréquences harmoniques multiples de 440 Hz.
2.6.2 fn = n.f1 avec n entier, fn fréquence de l'harmonique de rang n , f1 fréquence du mode fondamental.
f2 = 2440 = 880 Hz cette fréquence n'apparaît pas dans le spectre.
f4 = 4440 = 1760 Hz n'est pas présente
f6 = 6440 = 2640 Hz non plus.