QCM : Ondes mécaniques, son et lumière — 22 questions

Questions et réponses du QCM

1. Que transporte une onde mécanique progressive lorsqu’elle se propage dans un milieu matériel élastique ?

Une perturbation immobile sans transfert dans le milieu
De la matière et de l’énergie dans la même direction
De l’énergie sans transport global de matière
De la matière sans transfert mesurable d’énergie

De l’énergie sans transport global de matière

Explication

Une onde mécanique progressive transmet une perturbation et de l’énergie tout en laissant la matière osciller autour de sa position d’équilibre. Elle ne correspond donc pas à un déplacement global de matière avec l’onde.

2. Quelle distinction décrit correctement une onde solitaire et une onde périodique ?

La première transporte de la matière, la seconde transporte de l’énergie
La première se propage dans le vide, la seconde dans un milieu matériel
La première possède une fréquence constante, la seconde n’a pas de période
La première est une perturbation unique, la seconde se répète identiquement

La première est une perturbation unique, la seconde se répète identiquement

Explication

Une onde solitaire résulte d’une perturbation unique, tandis qu’une onde périodique provient de perturbations reproduites de manière identique et régulière. La distinction repose donc sur le caractère unique ou répétitif de la perturbation.

3. Que représente la période temporelle d’une vibration ?

La vitesse à laquelle la perturbation se déplace dans le milieu
Le nombre d’états vibratoires observés pendant une seconde
La distance entre deux points vibrant dans le même état
La plus petite durée séparant deux états de vibration identiques

La plus petite durée séparant deux états de vibration identiques

Explication

La période est la plus petite durée au bout de laquelle un même état de vibration se reproduit. Elle s’exprime en secondes, contrairement à la fréquence qui compte les répétitions par seconde.

4. Une vibration a une période de T=0,25 sT=0{,}25\ \mathrm{s}. Quelle est sa fréquence ?

0,25 Hz0{,}25\ \mathrm{Hz}
0,0625 Hz0{,}0625\ \mathrm{Hz}
2,5 Hz2{,}5\ \mathrm{Hz}
4,0 Hz4{,}0\ \mathrm{Hz}

$$4{,}0\ \mathrm{Hz}$$

Explication

La fréquence se calcule avec f=1Tf=\frac{1}{T}, donc f=10,25=4,0 Hzf=\frac{1}{0{,}25}=4{,}0\ \mathrm{Hz}. La valeur 0,25 Hz0{,}25\ \mathrm{Hz} correspondrait à une confusion entre la période et la fréquence.

5. Que mesure la célérité d’une onde ?

Sa vitesse de propagation dans le milieu
La distance entre deux points vibrant en phase
La durée séparant deux vibrations identiques
Le nombre de perturbations produites par seconde

Sa vitesse de propagation dans le milieu

Explication

La célérité est la vitesse à laquelle la perturbation se propage dans le milieu et s’exprime en mètres par seconde. Le nombre de perturbations par seconde correspond à la fréquence, et non à la célérité.

6. Que représente la longueur d’onde d’une onde progressive ?

Le nombre de vibrations réalisées en une seconde
La durée séparant deux passages de la perturbation
La vitesse de propagation de la perturbation
La distance entre deux états de vibration identiques

La distance entre deux états de vibration identiques

Explication

La longueur d’onde est la distance séparant deux points successifs dans le même état de vibration. La durée correspondante est la période, tandis que la vitesse de propagation est la célérité.

7. Quel phénomène décrit l’étalement d’une onde lorsqu’elle rencontre une ouverture ou un obstacle de dimension adaptée ?

La réflexion, qui renvoie l’onde vers son milieu initial
L’interférence, qui résulte de la superposition de deux ondes
La réfraction, qui modifie la trajectoire lors d’un changement de milieu
La diffraction, qui dévie l’onde dans plusieurs directions

La diffraction, qui dévie l’onde dans plusieurs directions

Explication

La diffraction correspond à l’étalement d’une onde dans différentes directions au voisinage d’une ouverture ou d’un obstacle. L’interférence concerne plutôt la combinaison de deux ondes qui se superposent.

8. Dans quelle situation la diffraction par une ouverture est-elle nettement observable ?

Lorsque l’ouverture possède une largeur égale à la célérité
Lorsque la fréquence de l’onde est inférieure à sa période
Lorsque la largeur de l’ouverture est très supérieure à λ\lambda
Lorsque la largeur de l’ouverture vérifie a≤λa\leq\lambda

Lorsque la largeur de l’ouverture vérifie $$a\leq\lambda$$

Explication

La diffraction devient observable lorsque la dimension de l’ouverture ou de l’obstacle est petite devant la longueur d’onde, ce qui est modélisé ici par a≤λa\leq\lambda. Une ouverture beaucoup plus large produit un étalement bien moins marqué.

9. Que se produit-il lorsque deux perturbations en opposition de phase se superposent ?

Elles cessent de se propager et deviennent une onde stationnaire
Elles produisent des interférences destructives qui atténuent la perturbation
Elles produisent des interférences constructives qui amplifient la perturbation
Elles modifient la fréquence de chaque onde avant leur superposition

Elles produisent des interférences destructives qui atténuent la perturbation

Explication

Des perturbations en opposition de phase se soustraient lors de leur superposition, ce qui donne une interférence destructive et une atténuation. L’amplification correspond au cas constructif, lorsque les perturbations sont en phase.

10. Dans quelle situation l’effet Doppler apparaît-il pour une onde ?

Lorsque la distance entre l’émetteur et le récepteur varie au cours du temps
Lorsque la célérité de l’onde devient nulle au moment de la réception
Lorsque l’amplitude de l’onde reste constante pendant sa propagation
Lorsque la distance entre l’émetteur et le récepteur demeure constante

Lorsque la distance entre l’émetteur et le récepteur varie au cours du temps

Explication

L’effet Doppler correspond à une variation de la fréquence reçue provoquée par une distance émetteur-récepteur qui change avec le temps. Une distance constante ne produit pas ce décalage de fréquence dans ce cadre.

11. Que reçoit un observateur placé dans la direction où une source sonore mobile s’éloigne de lui ?

Une fréquence plus faible que la fréquence émise
Une amplitude plus faible, sans modification de fréquence
Une fréquence plus élevée que la fréquence émise
Une fréquence égale à la fréquence émise

Une fréquence plus faible que la fréquence émise

Explication

Lorsqu’une source s’éloigne de l’observateur, celui-ci reçoit une fréquence inférieure à celle qui est émise. Une fréquence supérieure caractérise au contraire le rapprochement de la source.

12. Quelles sont les célérités du son dans l’air et dans l’eau à 20 °C ?

343 m⋅s−1343\ \text{m·s}^{-1} dans l’air et 1500 m⋅s−11500\ \text{m·s}^{-1} dans l’eau
1500 m⋅s−11500\ \text{m·s}^{-1} dans l’air et 343 m⋅s−1343\ \text{m·s}^{-1} dans l’eau
343 m⋅s−1343\ \text{m·s}^{-1} dans l’air et 343 m⋅s−1343\ \text{m·s}^{-1} dans l’eau
1500 m⋅s−11500\ \text{m·s}^{-1} dans l’air et 1500 m⋅s−11500\ \text{m·s}^{-1} dans l’eau

$$343\ \text{m·s}^{-1}$$ dans l’air et $$1500\ \text{m·s}^{-1}$$ dans l’eau

Explication

À 20 °C, le son se propage à 343 m⋅s−1343\ \text{m·s}^{-1} dans l’air et à 1500 m⋅s−11500\ \text{m·s}^{-1} dans l’eau. Les autres propositions inversent ou égalisent à tort ces deux valeurs.

13. Quelle grandeur physique est définie par I=PaSI=\frac{P_a}{S} et s’exprime en W⋅m−2\text{W·m}^{-2} ?

L’atténuation géométrique
L’intensité sonore
Le niveau sonore
La puissance acoustique totale

L’intensité sonore

Explication

L’intensité sonore est la puissance acoustique répartie sur une surface, d’où la relation I=PaSI=\frac{P_a}{S} et l’unité W⋅m−2\text{W·m}^{-2}. Le niveau sonore est une grandeur logarithmique exprimée en décibels.

14. Comment calcule-t-on le niveau sonore à partir de l’intensité sonore ?

L=I−I0L=I-I_0, avec une expression en watts
L=II0L=\frac{I}{I_0}, avec une expression en W⋅m−2\text{W·m}^{-2}
L=20log⁡(I0I)L=20\log\left(\frac{I_0}{I}\right), avec une expression en mètres
L=10log⁡(II0)L=10\log\left(\frac{I}{I_0}\right), avec une expression en décibels

$$L=10\log\left(\frac{I}{I_0}\right)$$, avec une expression en décibels

Explication

Le niveau sonore est défini par L=10log⁡(II0)L=10\log\left(\frac{I}{I_0}\right) et s’exprime en décibels. L’intensité sonore, elle, s’exprime en W⋅m−2\text{W·m}^{-2} et ne se confond pas avec cette grandeur logarithmique.

15. Une onde sonore se propage d’une distance R1R_1 à une distance R2R_2 avec R2>R1R_2>R_1. Quelle relation décrit l’atténuation géométrique ?

A=L1+L2A=L_1+L_2
A=20log⁡(R1R2)A=20\log\left(\frac{R_1}{R_2}\right)
A=20log⁡(R2R1)A=20\log\left(\frac{R_2}{R_1}\right)
A=R2−R1R1R2A=\frac{R_2-R_1}{R_1R_2}

$$A=20\log\left(\frac{R_2}{R_1}\right)$$

Explication

Lorsque la distance augmente de R1R_1 à R2R_2, l’atténuation géométrique est donnée par A=20log⁡(R2R1)A=20\log\left(\frac{R_2}{R_1}\right). La différence de niveaux L1−L2L_1-L_2 décrit l’atténuation par absorption, et non cette relation géométrique.

16. Que se produit-il lorsqu’un faisceau laser traverse une fente fine ?

La lumière reste confinée dans la direction initiale et forme une tache uniforme
La lumière est absorbée par la fente et ne produit aucune figure sur l’écran
La lumière se sépare en couleurs distinctes comme dans un prisme
La lumière se diffracte dans plusieurs directions et forme une tache centrale entourée de taches secondaires

La lumière se diffracte dans plusieurs directions et forme une tache centrale entourée de taches secondaires

Explication

Une fente fine fait se propager la lumière dans différentes directions et produit une tache centrale accompagnée de taches secondaires. Une séparation colorée correspondrait plutôt à une dispersion, pas au phénomène décrit ici.

17. Dans l’expérience de diffraction par une fente rectangulaire, que représentent respectivement LL et DD dans L2D=λa\frac{L}{2D}=\frac{\lambda}{a} ?

LL est la largeur de la fente et DD la longueur d’onde utilisée
LL est la largeur de la tache centrale et DD la distance entre la fente et l’écran
LL est la longueur d’onde utilisée et DD la largeur de la fente
LL est la distance entre la fente et l’écran et DD la largeur de la tache centrale

$$L$$ est la largeur de la tache centrale et $$D$$ la distance entre la fente et l’écran

Explication

Dans cette relation, LL désigne la largeur de la tache centrale observée sur l’écran, tandis que DD mesure la distance entre la fente et l’écran. La largeur de la fente est notée aa et la longueur d’onde λ\lambda.

18. Quelle conclusion la diffraction de la lumière permet-elle d’établir ?

La lumière est formée de particules immobiles
La lumière se comporte comme un son dans tous les milieux
La lumière possède un caractère ondulatoire
La lumière possède une masse mesurable dans le vide

La lumière possède un caractère ondulatoire

Explication

La diffraction est un phénomène caractéristique des ondes et montre ainsi que la lumière possède un caractère ondulatoire. Elle ne suffit pas à établir les affirmations sur une masse, une immobilité ou une identité complète avec le son.

19. Quelle propriété distingue une onde lumineuse d’une onde mécanique concernant sa propagation ?

Elle se propage dans un milieu matériel avec une célérité constante
Elle peut se propager dans le vide sans milieu matériel
Elle se déplace uniquement dans les milieux transparents et homogènes
Elle nécessite des particules matérielles pour transmettre son énergie

Elle peut se propager dans le vide sans milieu matériel

Explication

Une onde lumineuse est électromagnétique et peut donc se propager dans le vide, contrairement à une onde mécanique qui nécessite un milieu matériel. Une onde mécanique ne constitue donc pas la bonne description d’une onde lumineuse.

20. Quelle célérité la lumière possède-t-elle approximativement dans le vide ou dans l’air ?

3,0×108 m⋅s−13{,}0\times10^{8}\ \text{m·s}^{-1}
3,0×106 m⋅s−13{,}0\times10^{6}\ \text{m·s}^{-1}
3,0×1010 m⋅s−13{,}0\times10^{10}\ \text{m·s}^{-1}
3,0×105 m⋅s−13{,}0\times10^{5}\ \text{m·s}^{-1}

$$3{,}0\times10^{8}\ \text{m·s}^{-1}$$

Explication

Dans le vide ou dans l’air, la lumière se propage avec une célérité d’environ 3,0×108 m⋅s−13{,}0\times10^{8}\ \text{m·s}^{-1}. La célérité du son, quant à elle, dépend du milieu matériel traversé.

21. Une différence de marche vaut δ=3λ\delta=3\lambda. Quel type de frange cette condition produit-elle ?

Une frange brillante, car δ=(2k+1)λ2\delta=(2k+1)\frac{\lambda}{2} avec k=3k=3
Une frange brillante, car δ=kλ\delta=k\lambda avec k=3k=3
Une frange sombre, car δ=(2k+1)λ2\delta=(2k+1)\frac{\lambda}{2} avec k=3k=3
Une frange sombre, car δ=kλ\delta=k\lambda avec k=3k=3

Une frange brillante, car $$\delta=k\lambda$$ avec $$k=3$$

Explication

La relation δ=kλ\delta=k\lambda caractérise les interférences constructives et les franges brillantes ; ici, k=3k=3. La condition avec un multiple impair de λ2\frac{\lambda}{2} correspondrait plutôt à une frange sombre.

22. Pour quelle différence de marche observe-t-on une frange sombre lors d’interférences destructives ?

δ=2kλ\delta=2k\lambda, avec k∈Zk\in\mathbb{Z}
δ=(2k+1)λ2\delta=(2k+1)\frac{\lambda}{2}, avec k∈Zk\in\mathbb{Z}
δ=kλ\delta=k\lambda, avec k∈Zk\in\mathbb{Z}
δ=(k+1)λ\delta=(k+1)\lambda, avec k∈Zk\in\mathbb{Z}

$$\delta=(2k+1)\frac{\lambda}{2}$$, avec $$k\in\mathbb{Z}$$

Explication

Les interférences destructives se produisent lorsque δ=(2k+1)λ2\delta=(2k+1)\frac{\lambda}{2}, ce qui donne des franges sombres. La relation δ=kλ\delta=k\lambda décrit au contraire les interférences constructives et les franges brillantes.

Révisez avec les flashcards

Mémorisez les réponses avec 42 flashcards sur Ondes mécaniques, son et lumière.

Qu'est-ce qu'une onde mécanique progressive ?

La propagation d'une perturbation dans un milieu matériel élastique sans transport de matière.

Qu'est-ce qui est transporté par une onde mécanique progressive ?

L'énergie est transportée par une onde mécanique progressive.

Quelle est la différence entre une onde solitaire et une onde périodique ?

Une onde solitaire est une perturbation unique, une onde périodique est répétée identiquement et périodiquement.

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