cle-seconde-phy-t1-chapitre1 2017

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Sciences Physiques, Cours de Physique-Chimie, Seconde, Trimestre 1
Année scolaire 2016 / 2017
ENSEIGNEMENT À DISTANCE
COURS
Ex
tra
it
de
co
ur
s
Se - P
co hy
nd si
e q
DEVOIRS
ue
EXERCICES
-C
hi
m
ie
76-7 8 r u e S ai n t -L az ar e
750 09 P a ris
Té l. : 01 42 71 9 2 5 7
1er TRIMESTRE
Classe de
2nde
Sciences
physiques
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Sciences Physiques, Cours de Physique-Chimie, Seconde, Trimestre 1
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SOMMAIRE
SECONDE
SCIENCES PHYSIQUES
m
ie
1 e r Trimestre
-C
hi
Série 1
1 è r e Leçon Out il du diagnostique médical
ue
2 è m e Leçon Application des ondes pour le diagnostic médical
s
Se - P
co hy
nd si
e q
Série 2
1 è r e Leçon Ondes électromagnét iques au service de la médecine
2 è m e Leçon La réflexion de la lumière
Série 3
1 è r e Leçon De l’atome à l’élément chimique
ur
2 è m e Leçon De l’atome à l’élément chimique (suite)
co
Série 4
de
1 è r e Leçon Les molécules
tra
it
2 è m e Leçon Les molécules organiques
Ex
Série 5
1 è r e Leçon Extraction directe
2 è m e Leçon Techniques d’extraction
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Série 6
1 è r e Leçon Hydrodistillation
ie
2 è m e Leçon Hydrodistillation (suite)
-C
hi
m
Série 7
1 è r e Leçon Ident ification par les caractéristiques physiques
ue
2 è m e Leçon Chromatographie ; formulation d’un médicament
s
Se - P
co hy
nd si
e q
Série 8
1 è r e Leçon Synthèse de produits chimiques
Ex
tra
it
de
co
ur
2 è m e Leçon La réaction chimique
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SCIENCES PHYSIQUES
2nde
ue
LA SANTÉ
-C
hi
m
ie
1 è r e SÉRIE
s
Se - P
co hy
nd si
e q
PREMIÈRE LEÇON
Outil du diagnostique médical
DEUXIÈME LEÇON
Ex
tra
it
de
co
ur
Application des ondes pour le diagnostic médical
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Ex
tra
it
de
co
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s
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nd si
e q
ue
-C
hi
m
ie
Sciences Physiques, Cours de Physique-Chimie, Seconde, Trimestre 1
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1
ère
Série
LA SANTÉ
Introduction :
L’application de la physique a fourni aux médecins des outils tels que l’électrocardiogramme,
l’imagerie médicale… Nous étudierons les principes physiques qui ont permis d’élaborer ces outils du
PREMIÈRE LEÇON
-C
hi
m
ie
diagnostic médical.
ue
Outils du diagnostique médical
L’électroencéphalogramme et l’électrocardiogramme sont les tracés obtenus par enregistrement des
I - Signal périodique
1. Période
s
Se - P
co hy
nd si
e q
signaux périodiques émis respectivement par le cerveau et par le cœur.
Un phénomène est périodique s’il se reproduit de façon identique, à intervalle régulier.
co
s’exprime en seconde (s)
ur
La période, notée T, est la durée de l’intervalle de temps au bout duquel le phénomène se répète. T
de
Ex : Toutes les 24 h, une nouvelle journée commence.
Dans cet exemple, le phénomène périodique est la journée.
tra
it
La période est 24 heures.
On ne peut conclure de la périodicité d’un signal que sur la durée de l’enregistrement. Un signal est
Ex
périodique si son enregistrement présente la répétition régulière d’un même motif. La période
correspond à la durée du motif.
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1
ère
Série
2. Fréquence et amplitude
La fréquence correspond au nombre de phénomènes périodiques pendant 1 seconde. (T est donc en
seconde).
Amplitude :
Par conséquent T =
1
f
m
1
T
-C
hi
f=
ie
Elle se note f, s’exprime en Hz et se calcule en cherchant l’inverse de la période.

L’amplitude « crête à crête » d’un signal électrique est l’écart entre la valeur maximale de la
ue
tension et sa valeur minimale. Elle s’exprime en volt (V), millivolt (mV) ou microvolt (µV).
co
ur
s
Se - P
co hy
nd si
e q
Pour mémoire : 1 mV = 10-3 V et 1 µV = 10-6 V
de
3. Cas de l’oscilloscope
L’oscilloscope permet de visualiser une tension variable au cours du temps.
tra
it
L’axe horizontale correspond à l’axe des temps, t en s ou ms
Ex
L’axe vertical correspond à l’axe des tensions, U
Les réglages des sensibilités verticale Sv (en V/div) et horizontale Sh (en ms/div) permettent de
mesurer la tension maximale Umax et la période T de la tension. La tension minimale Umin est la valeur
la plus petite d’une tension périodique.
La sensibilité horizontale peut aussi être appelée base de temps ou durée de balayage.
Ex : sur l’oscillogramme ci-dessous : SH = 2ms/div
SV =0,5 V/div
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Série
-C
hi
m
ie
1
ère
ue
La période occupe 7,6 divisions (Nx)
s
Se - P
co hy
nd si
e q
Donc T = 7,6  SH= 7,6  2= 15,2 ms =0,0152 s = 15,2.10-3s
Le sommet de la courbe a monté de 3 divisions (Ny)
Donc Um= 3  0,5 V/div.= 3  0,5= 1,5 V
Calcul de la fréquence :
1
1
=
= 65,8Hz
T 0,0152
ur
f=

Ex
tra
it
de
co
II - Utiliser un oscilloscope

1. Vérifications initiales
a) Appuyez sur « on » sur le bouton « POWER » (1).
b) Aucun bouton gris n’est enfoncé.
c) Les boutons orange sont en butée vers la gauche.
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1
ère
Série
2. Réglage de la luminosité du faisceau
a) Réglez la luminosité du faisceau avec le bouton « INTENS.» (2).
b) Focalisez le faisceau lumineux pour que son diamètre soit minimum avec le bouton « FOCUS » (3).
3. Réglage de la voie 1 (VOLTS / DIV)
-C
hi
m
ie
a) Placez le sélecteur DC/AC/GD sur la position GD pour « ground » (absence de signal) (4).
b) À l’aide du sélecteur « Y – POS. I » (5), réglez verticalement la position du faisceau sur l’axe
horizontal placé au centre.
4. Réglage de la base de temps (TIME / DIV)
s
Se - P
co hy
nd si
e q
ue
a) Placez le sélecteur « TRIG » (6) en AC.
b) À l’aide du sélecteur « X – POS. I » (7), réglez horizontalement la position du faisceau sur l’axe
vertical en butée à gauche.
III - Branchement du générateur de basse
1. Fréquence GBF
ur
Un câble coaxial part de l’oscilloscope et se partage en 2
câbles à brancher au GBF aux endroits indiqués par les
flèches. Sur le GBF, les boutons enfoncés sont 1 kHz, 1,
amplitude du bouton « SORTIE » à mi-course.
co
2. Réglage des calibres (VOLTS / DIV et TIME / DIV)
Ex
tra
it
de
a) Placez le sélecteur (4) sur la position AC.
b) Tournez le sélecteur VOLTS/DIV (8) de telle façon que la courbe soit bien équilibrée (assez haute
vers le haut et le bas).
c) Réalisez la lecture de la sensibilité en V ou mV par division grâce au curseur blanc du bouton.
d) Tournez le sélecteur TIME/DIV (9) de telle façon que la courbe ne soit ni trop serrée, ni trop étalée
(3 à 4 motifs sur l’écran).
e) Réalisez la lecture de la sensibilité en s, ms ou μs par division grâce au curseur blanc du bouton.
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ère
Série
II - ECG : Électro Cardiogramme
s
Se - P
co hy
nd si
e q
ue
-C
hi
m
ie
L’étude des signaux périodiques peut permettre l’établissement d’un diagnostique médical :
ur
Un électrocardiogramme enregistre la stimulation électrique que le cœur reçoit pour pouvoir se
co
contracter. Chaque « grand pic » correspond à un battement de cœur.
de
La courbe au niveau de P indique les contractions des oreillettes du cœur.
L’onde associée à QRS indique celles des ventricules.
tra
it
C’est au cours de la contraction des ventricules (systole) que le sang est expulsé vers le système
artériel. « L’onde » T indique le moment où les ventricules reviennent au repos (diastole) et se
Ex
remplissent de sang.
L’étude des signaux électriques du cœur permet de déceler des troubles du rythme cardiaque : une
accélération (tachycardie), un ralentissement ( bradycardie), une désorganisation du rythme cardiaque
( fibrillation).
L’électroencéphalographie enregistre les signaux électriques du cerveau et permet de localiser des
zones du cerveau à l’origine de certains dysfonctionnement du système nerveux, come l’épilepsie.
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1
ère
Série
Exercice 1
1. Calculer la période, en secondes, de la rotation de la Terre sur elle même.
ie
2. Calculer la fréquence correspondante
-C
hi
m
Exercice 2
1. Déterminer la fréquence d’oscillation d’un cristal de quartz sachant qu’il oscille 18 458 fois par seconde.
ue
2. Une balançoire réalise un cycle d’oscillation en 2s, calculer sa fréquence.
de
co
ur
Exercice 3
s
Se - P
co hy
nd si
e q
3. Un moteur tourne à 3 000 tours par minute, quelle est sa fréquence ?
Déterminer la période, la fréquence et la valeur maximale de la tension visualisée sur l’oscillogramme.
tra
it
Sensibilité verticale Sv= 1 V/div
Ex
Sensibilité horizontale Sh= 2 ms/div
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Série
DEUXIÈME LEÇON
Applications des ondes pour le diagnostic médical
L’échographie est une technique d’imagerie médicale utilisant les propriétés des ondes ultrasonores, et
m
ie
en particulier leur réflexion, appelé écho.
-C
hi
I - Signal périodique
1. Généralités sur les ondes
ue
Une onde est une perturbation qui se déplace, sans transport de matière.
Exemple : on agite l’extrémité d’une corde. Chaque point de la corde va, l’un après l’autre, monter et
s
Se - P
co hy
nd si
e q
descendre : la déformation de la corde s’est déplacée d’une extrémité à l’autre.
Si on entretient l’agitation de la corde (on continue d’agiter l’extrémité), la fréquence serait le nombre
de « montée descente » d’un point de la corde, en 1s (puisque chaque point va osciller : monter et
descendre au cours du temps)
ur
II - Les ondes sonores et ultrasonores
co
1. Nature de l’onde sonore
de
Une onde sonore est produite par un objet (la source) qui vibre.
Ex : diapason, corde d’une guitare, peau d’un tambour…
tra
it
La source transmet ses vibrations au milieu matériel dans lequel elle se trouve (par exemple : l’air) ;
Lorsqu’un son traverse l’air, on peut observer des zones où la pression de l’air est plus importante que
Ex
lorsqu’il n’y a pas de son ; dans ces zones, l’air est plus comprimé. On observe aussi des zones où l’air
est plus dilaté : zones de dépression. Ces perturbations de la pression de l’air se déplacent : c’est
l’onde sonore.
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1
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Série
On peut schématiser une onde sonore de la manière
suivante : les points noirs représentent les grains d’air. On
remarque les compressions et les dilatations.
Une onde sonore (c’est-à-dire un son) est une onde
ie
mécanique se propageant dans les gaz, les liquides et les
-C
hi
m
solides.
s
Se - P
co hy
nd si
e q
ue
2. Fréquence
L’oreille humaine est sensible aux ondes sonores entre 20 Hz et 20 kHz. Au delà de 20 kHz, ce sont
co
ur
des ondes ultrasonores, inaudibles par l’homme. En dessous de 20 Hz on parle d’ondes infrasonores.
de
3. Vitesse de propagation
it
Les ondes sonores ne se propagent pas dans le vide. Elles se propagent en ligne droite dans tout
tra
milieu matériel (air, eau, solide…)
Ex
La vitesse dépend du milieu dans lequel l’onde se propage.
À savoir : la vitesse du son dans l’air est de 340 m.s-1.Cette vitesse est nettement supérieure dans les
liquides et les solides.
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ère
Série
4. réflexion des ultrasons
Les ultrasons sont rapidement atténués dans l’air alors qu’ils le sont beaucoup moins dans les
liquides : le corps humain étant constitué d’eau à 70 %, ils sont utilisés pour réaliser des
échographies.
ie
Sur les obstacles ou à chaque changement de milieu, les ultrasons se réfléchissent. Ce phénomène de
-C
hi
Un émetteur d’ultra-sons joue également le rôle de récepteur.
m
réflexion est utilisé pour réaliser l’échographie.
Ex : Les ultrasons sont réfléchis par un écran. (de la même façon que lorsqu’on crie en montagne et
que l’on entend l’écho). L’onde ultrasonore a donc parcouru un aller et un retour donc une distance
ue
égale à 2d.
ER
s
Se - P
co hy
nd si
e q
écran
ur
d
co
Or la vitesse v est celle du son dans l’air (340 m.s-1) et v =

t
ℓ = 2d et t = durée pour effectuer un aller retour.
de
De même, on peut déduire la distance à laquelle se trouve un obstacle réfléchissant, il suffit de
it
mesurer le temps mis par l’onde pour effectuer le chemin aller-retour, et de calculer ℓ = v × t

2
Ex
tra
Or ℓ =2d donc d=
III - L’échographie médicale
Une sonde échographique est à la fois émettrice et réceptrice d’ultrasons. Lorsqu’ils se propagent
dans le corps, les ultrasons sont plus ou moins réfléchis par les parois séparant 2 milieux différents.
Si la vitesse de propagation ν est connue, la mesure de la durée ∆t du parcours aller-retour entre
l’émetteur-récepteur permet d’en déduire la distance d.
Les fréquences utilisées varient de 2 MHz à 15 MHz.
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Série
u.s
.
-C
hi
m
ie
u.s. réfléchis
muscle
s
Se - P
co hy
nd si
e q
ue
os
u.s.
u.s : ultra-sons
ayant
traversé
de
vt
(v en m.s -1 ; ∆t en s ; d en m)
2
tra
d=
2d
distance parcourue
=
t
durée du parcours
it
V=
co
ur
La distance parcourue par l’onde pendant ∆t est de 2d donc la célérité ν s’exprime :
Ex
Remarque : Afin de mieux transmettre les ultrasons dans le corps, un gel est placé entre la sonde et
la peau du patient.
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1
ère
Série
Exercice 4
Pour localiser les obstacles et les proies, une chauve souris émet de brefs signaux ultrasonores
périodiques de fréquence égale à 30,5 kHz.
1. Quelle est la vitesse de ces ondes dans l’air.
ie
2. Un insecte est à 3,4 m, quelle durée sépare l’émission de l’onde et sa réception par la chauve souris
-C
hi
m
après réflexion sur l’insecte ?
Exercice 5
Un émetteur produit brièvement une onde ultrasonore périodique de fréquence 60 kHz. L’onde est
ue
reçue par 2 récepteurs distant de 2,00 m et alignés avec l’émetteur. Le signal reçu par le récepteur le
s
Se - P
co hy
nd si
e q
plus éloigné présente un retard t = 1,28 ms par rapport à l’autre récepteur.
L’ensemble est immergé dans l’eau d’une piscine.
1. L’onde est elle audible dans l’eau par l’oreille humaine ?
2. Calculer la vitesse de l’onde ultrasonore dans l’eau.
Ex
tra
it
de
co
ur
3. Est-elle différente de sa vitesse dans l’air ?
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