QCM : Phénomènes ondulatoires — 16 questions

Questions et réponses du QCM

1. Lorsqu’une onde se propage dans un milieu, que transmet-elle principalement d’un point à l’autre ?

Une substance nouvelle créée par la perturbation
Une quantité de matière identique à celle de la source
Une masse qui avance progressivement dans le milieu
Une perturbation accompagnée d’un transfert d’énergie

Une perturbation accompagnée d’un transfert d’énergie

Explication

La propagation ondulatoire transmet une perturbation et de l’énergie de proche en proche, sans transport de matière. La matière du milieu peut être mise en mouvement localement sans être emportée avec l’onde.

2. Comment peut-on augmenter la diffraction produite par une ouverture de largeur aa ?

En maintenant le rapport entre la largeur aa et la longueur d’onde λ\lambda constant
En diminuant simultanément la largeur aa et la longueur d’onde λ\lambda
En augmentant la largeur aa et en diminuant la longueur d’onde λ\lambda
En diminuant la largeur aa ou en augmentant la longueur d’onde λ\lambda

En diminuant la largeur $$a$$ ou en augmentant la longueur d’onde $$\lambda$$

Explication

La diffraction augmente lorsque la largeur de l’ouverture diminue ou lorsque la longueur d’onde augmente. Les autres évolutions tendent à réduire le rapport caractéristique λa\frac{\lambda}{a} ou ne garantissent pas une diffraction plus importante.

3. Quelles conditions permettent d’observer un phénomène d’interférence stable entre deux ondes ?

Elles ont des amplitudes identiques, des directions opposées et des intensités croissantes
Elles possèdent des longueurs d’onde différentes, mais atteignent l’écran simultanément
Elles proviennent de sources indépendantes et changent régulièrement de déphasage
Elles ont la même longueur d’onde, restent synchrones et gardent un déphasage constant

Elles ont la même longueur d’onde, restent synchrones et gardent un déphasage constant

Explication

Une figure d’interférence stable exige une même longueur d’onde, la synchronie et un déphasage conservé au cours du temps. Des sources dont le déphasage varie ne produisent pas une structure stable.

4. Quelle est la valeur de l’intensité sonore de référence associée à un niveau de 0 dB0\ \mathrm{dB} ?

I0=1012 W⋅m−2I_0=10^{12}\ \mathrm{W\cdot m^{-2}}
I0=10−12 W⋅m−2I_0=10^{-12}\ \mathrm{W\cdot m^{-2}}
I0=10−6 W⋅m−2I_0=10^{-6}\ \mathrm{W\cdot m^{-2}}
I0=100 W⋅m−2I_0=10^{0}\ \mathrm{W\cdot m^{-2}}

$$I_0=10^{-12}\ \mathrm{W\cdot m^{-2}}$$

Explication

L’intensité sonore de référence vaut I0=10−12 W⋅m−2I_0=10^{-12}\ \mathrm{W\cdot m^{-2}} et correspond à 0 dB0\ \mathrm{dB}. Cette valeur sert de référence dans le calcul logarithmique du niveau sonore.

5. Comment définit-on l’intensité sonore reçue par une surface ?

Le niveau sonore exprimé en décibels pour une puissance donnée
La surface traversée par une onde divisée par la puissance reçue
La puissance reçue par unité de surface, exprimée en watts par mètre carré
La puissance totale émise par une source pendant une durée donnée

La puissance reçue par unité de surface, exprimée en watts par mètre carré

Explication

L’intensité sonore est le rapport entre la puissance reçue et la surface réceptrice, avec pour unité le watt par mètre carré. Le niveau sonore est une grandeur différente, calculée à partir de cette intensité et exprimée en décibels.

6. Lorsque deux fentes verticales produisent des interférences lumineuses, comment se présente la figure observée sur une ligne horizontale ?

Une succession de franges uniquement brillantes dont l’espacement augmente
Une alternance symétrique de franges brillantes et sombres autour du centre
Une alternance de franges horizontales asymétriques par rapport au centre
Une tache centrale uniforme entourée de zones progressivement plus lumineuses

Une alternance symétrique de franges brillantes et sombres autour du centre

Explication

Des fentes verticales engendrent une alternance de franges brillantes et sombres sur une ligne horizontale, avec une symétrie autour du centre. Une figure composée de franges horizontales ne correspond pas à cette disposition géométrique.

7. Comment définit-on la différence de marche δ\delta au point PP pour deux ondes issues de S1S_1 et S2S_2 ?

Par la différence δ=S2P−S1P\delta = S_2P - S_1P entre les deux distances parcourues
Par le déphasage instantané mesuré entre les deux états vibratoires
Par la somme δ=S2P+S1P\delta = S_2P + S_1P des deux distances parcourues
Par l’écart entre les amplitudes des deux ondes au point de rencontre

Par la différence $$\delta = S_2P - S_1P$$ entre les deux distances parcourues

Explication

La différence de marche compare les longueurs des trajets suivis jusqu’au point PP et s’écrit δ=S2P−S1P\delta = S_2P - S_1P. Le déphasage décrit l’état vibratoire relatif des ondes, et non directement la différence de leurs trajets.

8. Que représente l’interfrange ii dans une figure d’interférence ?

L’angle formé par les rayons diffractés à la sortie des fentes
La largeur totale de la tache centrale observée sur l’écran
L’intensité lumineuse mesurée au centre de la figure
La distance entre deux franges brillantes successives

La distance entre deux franges brillantes successives

Explication

L’interfrange est une distance séparant deux franges brillantes consécutives. L’intensité caractérise l’éclat lumineux, tandis que l’angle et la largeur concernent la géométrie de la diffraction.

9. Dans quelle situation une onde peut-elle subir une diffraction ?

Lorsqu’elle change de milieu et modifie sa vitesse de propagation
Lorsqu’elle rencontre une ouverture ou un obstacle de dimension comparable à sa longueur d’onde
Lorsqu’elle est réfléchie par une surface très éloignée de la source
Lorsqu’elle se superpose à une seconde onde de même fréquence

Lorsqu’elle rencontre une ouverture ou un obstacle de dimension comparable à sa longueur d’onde

Explication

La diffraction apparaît lorsqu’une onde rencontre une ouverture ou un obstacle dont la dimension est comparable à sa longueur d’onde. La superposition de deux ondes décrit plutôt le mécanisme d’interférence.

10. Qu’est-ce qui caractérise un phénomène ondulatoire lors de sa propagation ?

De la matière se déplace avec l’énergie sur toute la trajectoire de l’onde
Une source immobile accumule progressivement l’énergie de la perturbation
Une perturbation disparaît dès qu’elle s’éloigne de la source initiale
Une perturbation et une énergie se propagent sans transport global de matière

Une perturbation et une énergie se propagent sans transport global de matière

Explication

Un phénomène ondulatoire correspond à la propagation de proche en proche d’une perturbation et d’une énergie, sans transport de matière. L’onde peut donc transmettre de l’énergie sans entraîner globalement le milieu avec elle.

11. Une ouverture de largeur aa diffracte fortement une onde de longueur d’onde λ\lambda dans quel cas ?

Lorsque aa est beaucoup plus grande que λ\lambda, avec environ a≥100λa\geq100\lambda
Lorsque aa est du même ordre de grandeur que λ\lambda, avec environ a≤10λa\leq10\lambda
Lorsque aa est indépendante de λ\lambda et reste constante dans le temps
Lorsque aa est inférieure à la longueur d’onde par une valeur précisément égale à zéro

Lorsque $$a$$ est du même ordre de grandeur que $$\lambda$$, avec environ $$a\leq10\lambda$$

Explication

La diffraction se produit lorsque la dimension de l’ouverture est du même ordre de grandeur que la longueur d’onde, notamment lorsque a≤10λa\leq10\lambda. Une ouverture très grande devant la longueur d’onde produit généralement une diffraction moins marquée.

12. Quelle définition décrit correctement le phénomène d’interférence entre deux ondes ?

La propagation d’une onde unique dans une direction imposée par sa source
La diminution progressive de l’intensité lumineuse quand on s’éloigne de l’écran
La superposition d’au moins deux ondes modifiant l’amplitude résultante selon la position
La déviation d’une onde lorsqu’elle rencontre une ouverture ou un obstacle

La superposition d’au moins deux ondes modifiant l’amplitude résultante selon la position

Explication

L’interférence résulte de la superposition d’au moins deux ondes et l’amplitude obtenue dépend du point de rencontre. La déviation par une ouverture ou un obstacle décrit plutôt la diffraction.

13. Une onde fournit une puissance PP à une surface réceptrice SS. Quelle relation permet de calculer l’intensité sonore reçue II ?

I=SPI=\frac{S}{P}
I=P+SI=P+S
I=P×SI=P\times S
I=PSI=\frac{P}{S}

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

Explication

L’intensité sonore est une puissance répartie sur une surface, donc elle vérifie I=PSI=\frac{P}{S}. Multiplier la puissance par la surface ne correspond pas à la définition de cette grandeur.

14. Quelle relation donne le niveau d’intensité sonore LL à partir de l’intensité II ?

L=10log⁡(II0)L=10\log\left(\frac{I}{I_0}\right), en décibels
L=log⁡(I−I0)L=\log\left(I-I_0\right), en mètres
L=10II0L=10\frac{I}{I_0}, en watts par mètre carré
L=I0IL=\frac{I_0}{I}, en décibels par watt

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

Explication

Le niveau d’intensité sonore se calcule avec la relation logarithmique L=10log⁡(II0)L=10\log\left(\frac{I}{I_0}\right) et s’exprime en décibels. Les autres relations ne traduisent pas le rapport logarithmique entre l’intensité mesurée et l’intensité de référence.

15. Quelle situation correspond à une interférence destructive entre deux ondes ?

Les ondes ont des longueurs d’onde différentes et leurs amplitudes restent inchangées
Les ondes se propagent dans la même direction sans modifier l’amplitude résultante
Les ondes arrivent en phase et leurs amplitudes s’ajoutent pour former un maximum
Les ondes arrivent en opposition de phase et leur perturbation résultante est nulle

Les ondes arrivent en opposition de phase et leur perturbation résultante est nulle

Explication

Une interférence destructive se produit lorsque les ondes arrivent en opposition de phase, ce qui annule leur perturbation résultante. Une arrivée en phase correspond au contraire à une interférence constructive.

16. Deux sources synchrones et en phase émettent des ondes de longueur d’onde λ\lambda. Quelle condition sur la différence de marche produit une interférence destructive au point de rencontre ?

δ=(2k+1)λ\delta = \left(2k+1\right)\lambda, avec kk entier
δ=kλ\delta = k\lambda, avec kk entier
δ=k2λ\delta = \frac{k}{2}\lambda, avec kk entier
δ=(k+12)λ\delta = \left(k+\frac{1}{2}\right)\lambda, avec kk entier

$$\delta = \left(k+\frac{1}{2}\right)\lambda$$, avec $$k$$ entier

Explication

Pour des sources synchrones et en phase, une différence de marche égale à un nombre entier de longueurs d’onde augmenté d’une demi-longueur d’onde conduit à l’opposition de phase, donc à une interférence destructive. La condition δ=kλ\delta = k\lambda correspond à une interférence constructive.

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Qu'est-ce qu'un phénomène ondulatoire ?

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

Que transporte un phénomène ondulatoire ?

Une énergie.

Qu'est-ce qui n'est pas transporté lors d'un phénomène ondulatoire ?

La matière.

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