1 PHYSQ 130 LEC A1/EA1 : Ondes, optique et son Examen final

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PHYSQ 130 LEC A1/EA1 : Ondes, optique et son
Examen final - consolidé avec PHYS 130 LEC A1-A4
Automne 2010
Nom _______________________________________________________________
Numéro d’étudiant.e _________________________________________________
Professeur Marc de Montigny
Horaire Samedi, 18 décembre 2010, de 9 h à midi
Lieu Local 352, Pavillon McMahon
Instructions
• Ce cahier contient 16 pages. Écrivez-y directement vos réponses. Les deux dernières
pages sont vides; vous pouvez les détacher pour vos calculs. Le verso des pages peut
aussi être utilisé pour vos calculs.
• L’examen vaut 50% de la note finale du cours.
• L’examen contient 40 questions à choix multiple. Encerclez la lettre correspondant à
votre réponse. Chaque question n’a qu’une seule bonne réponse. Si votre réponse n’est
pas énumérée, encerclez la lettre correspondant à la valeur la plus proche. Toutes les
questions ont la même valeur.
• Cet examen est à livre fermé. Vous pouvez utiliser l’aide-mémoire (une feuille 8.5×11,
recto verso) que vous aurez complété avec d’autres formules.
• Vous pouvez utiliser le verso des pages pour vos calculs, ainsi que l’espace autour des
questions.
• Matériel permis: crayons ou stylos, calculatrices (programmables et graphiques
permises). Tout autre appareil électronique ou moyen de communication est interdit.
Mettez vos téléphones cellulaires hors circuit.
• Après l’examen, veuillez remettre l’examen, les pages de calcul et votre aide-mémoire.
Constantes physiques
Accélération gravitationnelle g = 9.81 m/s2
Vitesse de la lumière dans le vide c = 3.00 × 108 m/s
Constante de Stefan-Boltzmann k = 5.67 × 10−8 J(s⋅m2⋅K4)
Température en degrés Kelvin 0 ºC = 273.15 ºK
Constante des gaz parfait R = 8.31 J/(K⋅mol)
Seuil d’audition I0 = 10−12 W/m2
Si quelque chose n’est pas clair, n’hésitez pas à me le demander !

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Question 1. Pourquoi la situation suivante est-elle impossible ?
Un objet en mouvement harmonique simple a sa position d’équilibre à x = 0.00 m. À un
instant donné, cet objet se trouve à la position +3.00 m, avec la vitesse –2.00 m/s et l’accélération
+9.00 m/s2.
(A) La grandeur de la vitesse est plus petite que la position, mais la grandeur de l’accélération
est plus grande que la position.
(B) La vitesse est opposée à la position.
(C) La position et l’accélération sont dans la même direction.
(D) La grandeur de la vitesse est plus petite que le déplacement.
(E) La grandeur de l’accélération est plus grande que la grandeur de la vitesse.
Question 2. Le mouvement harmonique simple d’un objet est montré à la figure ci-dessous.
Quelle équation décrit sa position en fonction du temps ?
(A)
€
x t
( )
=4.0 m
( )
sin 2
π
8.0 s
t+
π
3.0
(B)
€
x t
( )
=4.0 m
( )
cos 2
π
8.0 s
t+2
π
3.0
(C)
€
x t
( )
=4.0 m
( )
cos 2
π
8.0 s
t+
π
3.0
(D)
€
x t
( )
=4.0 m
( )
cos 2
π
8.0 s
t−
π
3.0
(E)
€
x t
( )
=8.0 m
( )
cos 2
π
8.0 s
t+
π
3.0

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Question 3. Une masse est attachée à un ressort vertical. On la déplace de sa position
d’équilibre et elle se met à osciller. À quelle position l’énergie potentielle est-elle minimale ?
(A) Au point le plus haut.
(B) À un quart de la distance séparant le point le plus haut et le point le plus bas.
(C) Au point le plus bas.
(D) Au point où le ressort n’est pas étiré.
(E) Au point d’équilibre.
Question 4. Un pendule simple de longueur égale à 3.0 m oscille avec un angle maximal de 4.8°.
Quelle est la grandeur de sa vitesse au moment où l’angle vaut 2.4° ?
(A) 0.39 m/s
(B) 0.45 m/s
(C) 3.0 m/s
(D) 23 m/s
(E) 26 m/s
Question 5. Un oscillateur harmonique amorti, dont la force d’amortissement est proportionnelle
à la vitesse, oscille avec une amplitude de 0.500 cm au temps t = 0 s. À t = 8.20 s, l’amplitude
vaut 0.400 cm. Pour quelle valeur de t l’amplitude vaut-elle 0.250 cm ?
(A) 5.13 s
(B) 16.5 s
(C) 18.5 s
(D) 20.5 s
(E) 25.5 s

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Question 6. Considérez l’équation d’onde :
€
A
∂
2z x,t
( )
∂ x2=B
∂
2z x,t
( )
∂ t2
où A et B sont des constantes positives. Quelle est la vitesse des ondes décrites par cette
équation?
(A)
€
A
(B)
€
B
(C)
€
A
B
(D)
€
1
B
(E)
€
B2
A2
Question 7. Les longueurs d’onde des harmoniques d’une corde fixée à ses deux extrémités sont
telles que la longueur de la corde doit être égale à
(A) un nombre impair de quarts de longueur d’onde
(B) un nombre impair de tiers de longueur d’onde
(C) un nombre impair de demi longueurs d’onde
(D) un nombre entier de demi longueurs d’onde
(E) un nombre entier de longueurs d’onde
Question 8. Les marées sur l’océan sont des ondes dont la période vaut 12 heures et la vitesse est
750 km/hr. Quelle est leur longueur d’onde ?
(A) 2500 m
(B) 9000 m
(C) 32400 m
(D) 9000 km
(E) 32400 km

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Question 9. Le déplacement
€
y
d’une onde sonore non-sinusoïdale est montré ci-dessous, en
fonction de
€
x
, à l’instant
€
t=0
.
Parmi les graphiques ci-dessous, lequel représente qualitativement la fluctuation de pression
€
p
de
cette onde en fonction de
€
x
, à
€
t=0
?
(A) (B)
(C) (D)
(E) Aucune de ces réponses