QCM : Phénomènes ondulatoires — 10 questions

Questions et réponses du QCM

1. Qu’est-ce qui caractérise une onde lors de sa propagation ?

Elle transmet une perturbation et de l’énergie sans déplacer globalement de matière
Elle transporte de la matière et de l’énergie dans la direction de propagation
Elle convertit une perturbation locale en puissance électrique dans le milieu
Elle maintient une matière immobile tout en supprimant la perturbation

Elle transmet une perturbation et de l’énergie sans déplacer globalement de matière

Explication

Une onde est la propagation de proche en proche d’une perturbation et d’une énergie, sans transport global de matière. L’idée d’un déplacement de matière avec l’onde confond le mouvement local du milieu avec un transport matériel global.

2. Une source sonore fournit une puissance de 2,0 W2{,}0\ \text{W} à travers une surface de 4,0 m24{,}0\ \text{m}^2 ; quelle est l’intensité sonore reçue ?

8,0 W⋅m−28{,}0\ \text{W·m}^{-2}
0,50 W⋅m−20{,}50\ \text{W·m}^{-2}
0,50 W0{,}50\ \text{W}
2,0 W⋅m−22{,}0\ \text{W·m}^{-2}

$$0{,}50\ \text{W·m}^{-2}$$

Explication

L’intensité se calcule avec I=PSI=\frac{P}{S}, ce qui donne I=2,04,0=0,50 W⋅m−2I=\frac{2{,}0}{4{,}0}=0{,}50\ \text{W·m}^{-2}. La valeur exprimée en watts correspondrait à une puissance, et non à une intensité par unité de surface.

3. Comment évolue le niveau sonore lorsqu’une intensité sonore est multipliée par deux ?

Il augmente d’environ 10 dB
Il diminue d’environ 3 dB
Il augmente d’environ 3 dB
Il reste identique malgré la variation

Il augmente d’environ 3 dB

Explication

Le doublement de l’intensité sonore entraîne une augmentation du niveau sonore de 3 dB. Une variation de 10 dB correspond à un rapport d’intensités différent, tandis qu’une diminution ou une absence de variation contredit l’effet du doublement.

4. Un niveau sonore passe de Li=85 dBL_i=85\ \text{dB} à Lf=62 dBL_f=62\ \text{dB} ; quelle est l’atténuation correspondante ?

23 dB23\ \text{dB}
1,37 dB1{,}37\ \text{dB}
147 dB147\ \text{dB}
−23 dB-23\ \text{dB}

$$23\ \text{dB}$$

Explication

L’atténuation vaut A=Li−LfA=L_i-L_f, donc A=85−62=23 dBA=85-62=23\ \text{dB}. La différence inversée donnerait une variation signée du niveau, mais pas l’atténuation définie entre le niveau initial et le niveau final.

5. Qu'est-ce que la diffraction des ondes ?

La propagation d'une perturbation sans transport de matière.
La modification de la direction de propagation d'une onde lorsqu'elle rencontre un obstacle ou une ouverture.
La superposition d'au moins deux ondes qui modifie l'amplitude de l'onde résultante.
L'atténuation progressive d'une onde lorsqu'elle se propage dans un milieu.

La modification de la direction de propagation d'une onde lorsqu'elle rencontre un obstacle ou une ouverture.

Explication

La diffraction désigne la modification de la trajectoire d'une onde lorsqu'elle rencontre un obstacle ou une ouverture, surtout lorsque leur dimension est comparable à la longueur d'onde. La superposition d'ondes correspond aux interférences, une notion différente.

6. Lorsque deux ondes cohérentes et en phase se superposent, quel type d’interférence se produit généralement ?

Interférence incohérente
Interférence destructive
Interférence constructive
Interférence partielle

Interférence constructive

Explication

Une interférence constructive se produit lorsque les ondes sont en phase, renforçant la perturbation résultante. La différence de marche bxD\textstyle \frac{b x}{D} détermine la position des franges dans le cas des bi-fentes.

7. Quel est le rôle principal de l’interférence dans le phénomène des bi-fentes d’Young ?

Diminuer la longueur d’onde de la lumière incidente
Augmenter la vitesse de propagation des ondes lumineuses
Créer des zones de renforcement et d’annulation des ondes lumineuses
Générer une nouvelle fréquence de lumière

Créer des zones de renforcement et d’annulation des ondes lumineuses

Explication

L’interférence dans les bi-fentes d’Young permet de créer des franges brillantes et sombres en renforçant ou en annulant la lumière par superposition. Elle ne modifie pas la vitesse, la longueur d’onde ou la fréquence de la lumière.

8. En quoi la différence de marche dans les interférences des bi-fentes diffère-t-elle de celle observée dans les interférences classiques de deux sources cohérentes ?

Dans les bi-fentes, la différence de marche est toujours un multiple de longueur d’onde2\frac{\text{longueur d'onde}}{2}, alors que dans les autres interférences, elle est un multiple entier de la longueur d'onde.
Les deux types d'interférences utilisent la même formule pour la différence de marche, mais dans le cas des bi-fentes, elle détermine la position des franges sur l'écran.
La différence de marche dans les bi-fentes dépend de la position sur l'écran, tandis que dans les interférences classiques, elle dépend de la distance entre les sources.
La différence de marche dans les bi-fentes est liée à la largeur de l'ouverture, alors que dans les autres, elle dépend de la phase des ondes.

La différence de marche dans les bi-fentes dépend de la position sur l'écran, tandis que dans les interférences classiques, elle dépend de la distance entre les sources.

Explication

La différence de marche dans les interférences des bi-fentes dépend de la position x sur l'écran, ce qui la relie à la géométrie de l'expérience, contrairement à l'interférence classique où elle dépend de la distance entre sources cohérentes.

9. Quelle est la conséquence principale de la superposition d’au moins deux ondes cohérentes en phase sur l’amplitude de l’onde résultante ?

Elle ne modifie pas l’amplitude mais change la fréquence de l’onde.
Elle diminue toujours l’amplitude de l’onde résultante.
Elle renforce la perturbation lorsque les ondes sont en phase et peut annuler la perturbation lorsqu’elles sont en opposition de phase.
Elle provoque une dégradation de la qualité sonore sans affecter l’amplitude.

Elle renforce la perturbation lorsque les ondes sont en phase et peut annuler la perturbation lorsqu’elles sont en opposition de phase.

Explication

Une superposition cohérente en phase entraîne une interférence constructive, renforçant la perturbation. En opposition de phase, elle peut conduire à une interférence destructive, annulant la perturbation.

10. Comment calcule-t-on le niveau d’intensité sonore en décibels à partir de l’intensité sonore ?

En utilisant la formule L=10logII0L=10\text{log}\frac{I}{I_0}, où I0=10−12W⋅m−2I_0=10^{-12}\text{W·m}^{-2}.
En comptant le nombre de vibrations par seconde.
En utilisant la formule I=PSI= \frac{P}{S}, où P est la puissance en watts.
En mesurant directement la pression acoustique en pascals.

En utilisant la formule $$L=10\text{log}\frac{I}{I_0}$$, où $$I_0=10^{-12}\text{W·m}^{-2}$$.

Explication

Le niveau d’intensité sonore en décibels est calculé avec la formule L=10logII0L=10\text{log}\frac{I}{I_0}, en utilisant I0=10−12W⋅m−2I_0=10^{-12}\text{W·m}^{-2} comme référence. La pression acoustique seule ne permet pas de déterminer le niveau en décibels.

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Qu'est-ce qu'une onde en physique ?

La propagation de proche en proche d'une perturbation sans transport de matière.

Quelle formule donne l'intensité sonore en fonction de la puissance et de la surface ?

I=PSI = \frac{P}{S}

Quelle formule donne l'intensité sonore en fonction du niveau sonore L ?

I=I0×10L/10I = I_0 \times 10^{L/10}

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