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 Toute reproduction ou représentation de ce document, totale ou partielle, constituent une © Cours Legendre à Distance contrefaçon sanctionnée par les articles L. 335-2 et suivants du Code de la propriété intellectuelle. Sciences Physiques, Cours de Physique-Chimie, Seconde, Trimestre 1 Année scolaire 2016 / 2017 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 Toute reproduction ou représentation de ce document, totale ou partielle, constituent une © Cours Legendre à Distance contrefaçon sanctionnée par les articles L. 335-2 et suivants du Code de la propriété intellectuelle. Sciences Physiques, Cours de Physique-Chimie, Seconde, Trimestre 1 Année scolaire 2016 / 2017 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 Toute reproduction ou représentation de ce document, totale ou partielle, constituent une © Cours Legendre à Distance contrefaçon sanctionnée par les articles L. 335-2 et suivants du Code de la propriété intellectuelle. Sciences Physiques, Cours de Physique-Chimie, Seconde, Trimestre 1 Année scolaire 2016 / 2017 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 Toute reproduction ou représentation de ce document, totale ou partielle, constituent une © Cours Legendre à Distance contrefaçon sanctionnée par les articles L. 335-2 et suivants du Code de la propriété intellectuelle. Année scolaire 2016 / 2017 Ex tra it de co ur s Se - P co hy nd si e q ue -C hi m ie Sciences Physiques, Cours de Physique-Chimie, Seconde, Trimestre 1 Toute reproduction ou représentation de ce document, totale ou partielle, constituent une © Cours Legendre à Distance contrefaçon sanctionnée par les articles L. 335-2 et suivants du Code de la propriété intellectuelle. Sciences Physiques, Cours de Physique-Chimie, Seconde, Trimestre 1 Année scolaire 2016 / 2017 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. Toute reproduction ou représentation de ce document, totale ou partielle, constituent une © Cours Legendre à Distance contrefaçon sanctionnée par les articles L. 335-2 et suivants du Code de la propriété intellectuelle. Sciences Physiques, Cours de Physique-Chimie, Seconde, Trimestre 1 Année scolaire 2016 / 2017 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 Toute reproduction ou représentation de ce document, totale ou partielle, constituent une © Cours Legendre à Distance contrefaçon sanctionnée par les articles L. 335-2 et suivants du Code de la propriété intellectuelle. Sciences Physiques, Cours de Physique-Chimie, Seconde, Trimestre 1 Année scolaire 2016 / 2017 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. Toute reproduction ou représentation de ce document, totale ou partielle, constituent une © Cours Legendre à Distance contrefaçon sanctionnée par les articles L. 335-2 et suivants du Code de la propriété intellectuelle. Sciences Physiques, Cours de Physique-Chimie, Seconde, Trimestre 1 Année scolaire 2016 / 2017 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. Toute reproduction ou représentation de ce document, totale ou partielle, constituent une © Cours Legendre à Distance contrefaçon sanctionnée par les articles L. 335-2 et suivants du Code de la propriété intellectuelle. Sciences Physiques, Cours de Physique-Chimie, Seconde, Trimestre 1 Année scolaire 2016 / 2017 1 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. Toute reproduction ou représentation de ce document, totale ou partielle, constituent une © Cours Legendre à Distance contrefaçon sanctionnée par les articles L. 335-2 et suivants du Code de la propriété intellectuelle. Sciences Physiques, Cours de Physique-Chimie, Seconde, Trimestre 1 Année scolaire 2016 / 2017 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 Toute reproduction ou représentation de ce document, totale ou partielle, constituent une © Cours Legendre à Distance contrefaçon sanctionnée par les articles L. 335-2 et suivants du Code de la propriété intellectuelle. Sciences Physiques, Cours de Physique-Chimie, Seconde, Trimestre 1 Année scolaire 2016 / 2017 1 ère 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. Toute reproduction ou représentation de ce document, totale ou partielle, constituent une © Cours Legendre à Distance contrefaçon sanctionnée par les articles L. 335-2 et suivants du Code de la propriété intellectuelle. Sciences Physiques, Cours de Physique-Chimie, Seconde, Trimestre 1 Année scolaire 2016 / 2017 1 ère 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. Toute reproduction ou représentation de ce document, totale ou partielle, constituent une © Cours Legendre à Distance contrefaçon sanctionnée par les articles L. 335-2 et suivants du Code de la propriété intellectuelle. Sciences Physiques, Cours de Physique-Chimie, Seconde, Trimestre 1 Année scolaire 2016 / 2017 1 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. Toute reproduction ou représentation de ce document, totale ou partielle, constituent une © Cours Legendre à Distance contrefaçon sanctionnée par les articles L. 335-2 et suivants du Code de la propriété intellectuelle. Sciences Physiques, Cours de Physique-Chimie, Seconde, Trimestre 1 Année scolaire 2016 / 2017 1 ère 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 vt (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. Toute reproduction ou représentation de ce document, totale ou partielle, constituent une © Cours Legendre à Distance contrefaçon sanctionnée par les articles L. 335-2 et suivants du Code de la propriété intellectuelle. Sciences Physiques, Cours de Physique-Chimie, Seconde, Trimestre 1 Année scolaire 2016 / 2017 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 ? Toute reproduction ou représentation de ce document, totale ou partielle, constituent une © Cours Legendre à Distance contrefaçon sanctionnée par les articles L. 335-2 et suivants du Code de la propriété intellectuelle.
