Classe 1TPC Physique

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Cahier de vacances en physique
Bonjour à tous,
Pour préparer au mieux la rentrée en TPC, je vous propose de réfléchir à ces
exercices. Certains vous sembleront peut-être difficiles, pas de panique nous
reverrons tout ça ensemble. N’hésitez pas à me poser des questions !
Les exercices d’optique nécessitent de votre part un peu de recherches.
A vous de jouer…
Cochez la ou les réponses exactes (sans calculatrice)
1. L’énergie la plus utilisée dans l’habitat résidentiel
est :
a) L’électricité
b) Le gaz de ville
c) Les énergies renouvelables
2. L’énergie consommée par un appareil domestique
de puissance P donnée est :
a) proportionnelle à sa durée
d’utilisation
b) proportionnelle à sa puissance
c) donnée par la relation
E = P + t
3. La puissance d’un four à micro-ondes est d’environ
…
a) 1W
b) 100 W
c) 1000 W
4. Un dipôle ohmique convertit intégralement l’énergie
électrique en …
a) Chaleur
b) énergie chimique
c) Energie mécanique
5. La lumière blanche visible …
a) est monochromatique
b) est polychromatique
c) Contient des UV et des IR
6. Les longueurs d’onde des radiations visibles sont
comprises entre : a) 0,4
m et 0,8 m
b) 400 nm et 800 nm
c) 300 m et 600 m
7. La longueur d’onde des rayons X est …
a) plus grande que celle des UV
b) plus grande que celle des rayons
c) inférieure à 1 m
8. La relation entre longueur d’onde , période T et
célérité V est … a)
= V/T
b) = V/f
)
= V.T
9. Le son … a) est une onde mécanique
transversale
b) est une onde mécanique
longitudinale
c) Nécessite un milieu matériel pour
se propager
10. L’ordre de grandeur de la vitesse du son dans
l’air est … a) 300 km.h
-1
b) 340 m.s
-1
c) 840 m.h
-1
11. La célérité d’une onde mécanique … a) dépend du milieu
b) dépend de la nature de l’onde
c) Est la plus grande dans le vide
12. Un moteur tourne à la vitesse de 12000 tr.min
-1
. Sa
vitesse de rotation exprimée en rad.s
-1
est : a) 1,26.10
3
rad.s
-1
b) 3,18.10
3
rad.s
-1
c) 1,15.10
3
rad.s
-1
13. Une onde mécanique …
a) transporte de l’énergie
b) transporte de la matière

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c) Transporte du rayonnement
14. Parmi ces examens, lequel n’utilise pas les rayons
X ?
a) l’échographie
b) le scanner
c) La radiographie
15. Le spectre d’un signal sinusoïdal de fréquence 100
Hz est représenté par … a) une raie à 100 Hz
b) une raie à 50 Hz
c) Une raie à 100 Hz et une raie à
200 Hz
16. Le temps de propagation d’une onde
électromagnétique entre un satellite géostationnaire et
une parabole distants de 36 000 km est :
a) nul
b) proche de la seconde
c) Proche du dixième de seconde
17. La lumière se propage …
a) Dans le vide
b) Dans un milieu matériel
c) A la célérité : 3
×
10
8
km.s
-1
18. Pour une onde électromagnétique, E et B sont
reliés par :
a) B = E.c
b) E/B = c
c) B = E/c
19. La lumière est :
a) Une onde électrique
b) Une onde magnétique
c) Une onde composée d’un champ
électrique et d’un champ magnétique
20. Les conversions d’unité d’énergie sont …
a) 1 kWh = 3,6
×
10
3
Wh
b) 1 J = 1 Wh
c) 1 kWh = 3,6
×
10
6
J
21. La puissance reçue par un conducteur ohmique
est :
a) P = U
2
/R
b) P = R.I
2
c) P = U.I
22. Une tension sinusoïdale centrée d’amplitude 5 V et
de fréquence 50 Hz a :
a) une valeur efficace égale à 3,5 V
b) une valeur moyenne nulle
c) Une période égale à 20 ms
Exercice n°1 : Tension sur un oscillogramme (Difficulté *)
On visualise une tension u(t) sur un oscilloscope. La vitesse de balayage de
l’oscilloscope est de 1 ms/div.
La sensibilité verticale est de 2V/div.
1. Calculer la période de la tension.
2. Calculer la fréquence de la tension.
3. Calculer la tension maximale
(amplitude).
4. Quelle est l’expression de u(t)
(question plus difficile) ?

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Exercice n°2 : Caractéristiques courant-tension (Difficulté **)
Cet exercice a pour but de travailler sur quelques capacités mais aussi compétences expérimentales
et transversales (Conception d’un dispositif expérimental, tracé et exploitation d’une droite, choix des
échelles, calcul de pente et d’ordonnée à l’origine) .
1. Faire le schéma du circuit électrique (avec les appareils de mesure)
permettant de tracer la caractéristique d’un conducteur ohmique. On placera
les flèches de courant et d’intensité.
2. On obtient la caractéristique ci-dessous. Quelle est la valeur de la résistance
R de ce conducteur ohmique ? Justifier par des calculs clairs .
3. A l’aide du montage représenté ci-dessous, on étudie la caractéristique courant
tension d’une pile. Les résultats des mesures sont regroupés dans le tableau
ci-dessous.
a) Compléter le schéma du montage en indiquant les appareils de mesures.
b) A l’aide du tableau de mesures tracer la caractéristique de la pile. Quelle est l’équation
de cette droite ?
Coin des recherches : On pourra rechercher (si on ne se rappelle plus) à quoi correspondent physiquement
l’ordonnée à l’origine et la pente de cette droite.
4. On branche la pile étudiée ci-dessus (3.) à une résistance R. La tension mesurée
aux bornes de la pile est 4,2 V.
Coup de pouce : Refaire un schéma
a) A l’aide de la caractéristique de la pile, déterminer l’intensité du courant traversant
la résistance R.
b) Déterminer la valeur de la tension électrique aux bornes de la résistance.
c) En appliquant la loi d’ohm calculer la valeur de la résistance R.
d) Calculer la puissance électrique absorbée par la résistance. Sous quelle forme
cette puissance est-elle convertie ?
e) Calculer en joules l’énergie consommée par cette résistance en 30 secondes.

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Exercice n°3 : Tensions sinusoïdales (Difficulté **)
On visualise les deux tensions ci-dessous :
1. Déterminer :
• La période, la fréquence et la pulsation des tensions u
1
et u
2
.
• La valeur de la tension maximale et efficace des tensions u
1
et u
2
2. Mesurer le décalage en temps ∆ existant entre les deux tensions (en ms).
3. En déduire le déphasage φ entre les deux tensions (en rad).
4. En prenant u
1
comme référence des phases, écrire les équations horaires des
2 tensions (question plus difficile).
Exercice n°4 : Mesure de vitesse de propagation (Difficulté *)
On dispose d’un générateur, d’un haut-parleur, de deux microphones M
1
et M
2
et
d’un oscilloscope.
1. Quelle est la nature de l’onde émise par un haut-parleur ?
2. Cette onde sonore est dite longitudinale. Expliquer cette appellation.
3. Définir la longueur d’onde et la période d’une onde périodique.
4. Avec le matériel ci-dessus, proposer une méthode expérimentale permettant
de déterminer la célérité d’une onde sonore.

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Exercice n°5 : ondes dans un métal (Difficulté **)
Dans un métal, la valeur de la célérité du son est V. On
donne un coup à l’extrémité d’une tige faite de ce métal et
ayant une longueur L. Une personne à l’autre extrémité
entend deux sons : l’un qui se propage dans le tuyau, l’autre
qui se propage dans l’air.
1. Soit c la célérité du son dans l’air. Donner l’expression de la
durée ∆t qui sépare les deux sons perçus par la personne.
Coup de pouce : Reformuler la question en faisant votre propre phrase, faire un schéma et attribuer
éventuellement des symboles aux différentes grandeurs. Vous pouvez alors mettre en œuvre la démarche
permettant d’obtenir une expression littérale du résultat .
2. Dans le cas où ce métal est de l’acier, on trouve : ∆t = 10 ms. Sachant que la célérité du son
dans l’acier est V = 5941 m.s
-1
, et celle du son dans l’air c = 340 m.s
-1
, quelle est la
longueur de la tige ?
Coup de pouce : Repérer l’inconnue dans l’expression ci-dessus et faire la résolution numérique.
3. Essayer d’expliquer votre raisonnement à voix haute.
Coup de pouce : Tout au long de l’année vous vous entraînerez à présenter les solutions des
exercices, les déroulements des TP, les raisonnements … Commençons dès maintenant.
Exercice n°6 : ondes à la surface de l’eau (Difficulté *)
Un caillou est jeté dans l’eau.
1. Produit-il une onde circulaire ou une onde plane ? Justifiez brièvement votre
réponse.
2. L’onde est-elle transversale ou longitudinale ? Justifier votre réponse.
3. On enregistre l’évolution du rayon du front d’onde (le front de l’onde représente
le début de la perturbation) au cours du temps. L’instant t = 0 correspond au
moment où le caillou touche l’eau. Les résultats sont consignés dans le tableau
ci-dessous.
t (s)
0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50
r (m)
0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00
a. Déduire de ces valeurs la célérité c de l’onde.
b. Quel sera le rayon du front d’onde à la date t’ = 3,00 s ?
c. A quelle date t
M
l’onde arrivera-t-elle en un point M situé à une distance d = 1,50 m
du point de chute du caillou ?
Exercice n°7 : Image virtuelle d’un objet réel (Difficulté ***)
On dispose d’une lentille mince convergente de distance focale f’ = 2,0 cm. On place
un objet AB de hauteur 1 cm à 4,0 cm en avant de la lentille.
1. Faire une construction graphique de l’image A’B’ de l’objet AB donnée par la
lentille.