Lycée · 2ⁿᵈᵉ · Physique-Chimie (2nde)
Le son : caractéristiques et perception
Ondes sonores, fréquence, niveau sonore et perception auditive — programme de 2nde (lycée général)
À propos de cette page
Calculatrice interdite · Tous les calculs doivent figurer sur la copie. Les résultats seront donnés sous la forme la plus simple possible.
Devoir surveillé de fin de chapitre, tout en niveau difficile. Travaille seul et sans aide, puis vérifie tes réponses avec le corrigé détaillé dépliable en bas de page.
Exercice 1 — Nature et propagation du son
/ 4 pts- Définir une onde sonore et préciser si le son peut se propager dans le vide. Justifier.
- Donner la valeur approximative de la vitesse du son dans l'air à 20 °C et dans l'eau de mer.
- Un coup de tonnerre est entendu $\Delta t = 4\,\text{s}$ après l'éclair ($v = 340\,\text{m/s}$). Calculer la distance $d$ de l'orage.
Exercice 2 — Lecture d'un oscilloscope
/ 5 ptsUn signal est affiché sur un oscilloscope réglé avec une base de temps de $0{,}5\,\text{ms/div}$ et une sensibilité de $20\,\text{mV/div}$. On mesure : 4 divisions pour une période, 3 divisions pour l'amplitude.
- Calculer la période $T$ du signal.
- Calculer la fréquence $f$ du signal.
- Calculer l'amplitude en mV.
- Ce son est-il audible par l'oreille humaine ? Justifier.
Exercice 3 — Hauteur et timbre
/ 4 ptsUn pianiste et un violoniste jouent la note do à $f_0 = 262\,\text{Hz}$.
- Calculer la période $T$ correspondante.
- La hauteur de ces deux sons est-elle identique ? Justifier.
- Le timbre de ces deux sons est-il identique ? Justifier.
Exercice 4 — Niveau sonore et risques auditifs
/ 4 ptsDans une salle de concert, le niveau sonore est $L = 108\,\text{dB}$.
- En utilisant l'échelle des décibels, indiquer si ce niveau peut être dangereux pour l'audition.
- Des bouchons d'oreilles atténuent de 28 dB. Quel niveau sonore l'utilisateur perçoit-il avec ces bouchons ?
- Pourquoi les dommages auditifs sont-ils irréversibles ?
Exercice 5 — Problème de synthèse — Sonar et ultrasons
/ 3 ptsUn navire utilise un sonar émettant des ultrasons à $f = 40\,\text{kHz}$ dans l'eau ($v = 1480\,\text{m/s}$). Il reçoit un écho après $\Delta t = 2{,}4\,\text{s}$.
- Ces ultrasons sont-ils audibles par un plongeur ? Justifier.
- Calculer la distance $d$ de l'obstacle détecté.
- Calculer la longueur d'onde $\lambda$ de ces ultrasons dans l'eau.
Corrigé détaillé — à n'ouvrir qu'après avoir rendu la copie
Exercice 1 — Nature et propagation du son
Corrigé :
1. Une onde sonore est une perturbation mécanique périodique qui se propage de proche en proche dans un milieu matériel (air, eau, solide). Le son ne peut pas se propager dans le vide car il n'y a pas de particules pour transmettre la vibration. (1 pt)
2. Dans l'air à 20 °C : $v \approx 340\,\text{m/s}$. Dans l'eau de mer : $v \approx 1500\,\text{m/s}$. (1 pt)
3. $d = v \times \Delta t = 340 \times 4 = 1360\,\text{m}$. (2 pts)
Exercice 2 — Lecture d'un oscilloscope
Corrigé :
a) $T = 4 \times 0{,}5\,\text{ms/div} = 2\,\text{ms} = 2 \times 10^{-3}\,\text{s}$. (1 pt)
b) $f = 1/T = 1/(2 \times 10^{-3}) = 500\,\text{Hz}$. (1 pt)
c) Amplitude $= 3 \times 20 = 60\,\text{mV}$. (1 pt)
d) Oui, car $f = 500\,\text{Hz}$ est dans le domaine audible $[20\,\text{Hz};20\,\text{kHz}]$. (2 pts)
Exercice 3 — Hauteur et timbre
Corrigé :
a) $T = 1/f_0 = 1/262 \approx 3{,}8 \times 10^{-3}\,\text{s} = 3{,}8\,\text{ms}$. (1 pt)
b) Oui, la hauteur est identique car les deux sons ont la même fréquence fondamentale $f_0 = 262\,\text{Hz}$. (1,5 pts)
c) Non, le timbre est différent : le piano et le violon produisent des signaux de formes distinctes (harmoniques différentes), ce qui leur confère leur sonorité caractéristique. (1,5 pts)
Exercice 4 — Niveau sonore et risques auditifs
Corrigé :
a) 108 dB est bien au-dessus du seuil de danger prolongé (85 dB) et proche du seuil de douleur (120 dB). Il est donc dangereux, même pour une exposition courte. (1 pt)
b) $L_{perçu} = 108 - 28 = 80\,\text{dB}$. (1,5 pts)
c) Les cellules ciliées de la cochlée, qui assurent la transduction sonore, ne se régénèrent pas. Une fois détruites, la perte auditive est définitive. (1,5 pts)
Exercice 5 — Problème de synthèse — Sonar et ultrasons
Corrigé :
a) Non, $f = 40\,\text{kHz} = 40\,000\,\text{Hz} > 20\,000\,\text{Hz}$ : c'est un ultrason, hors du domaine audible humain. (1 pt)
b) $d = v \times \Delta t / 2 = 1480 \times 2{,}4 / 2 = 1776\,\text{m}$. (1 pt)
c) $\lambda = v/f = 1480 / 40000 = 0{,}037\,\text{m} = 3{,}7\,\text{cm}$. (1 pt)
Ce contrôle de physique-chimie (2nde) 2ⁿᵈᵉ en bref
Un devoir surveillé type contrôle en classe sur « Le son : caractéristiques et perception » : 5 exercices, 60 minutes, noté sur 20. Le corrigé détaillé est dépliable sous le sujet.
- Exercice 1 — Nature et propagation du son/ 4 pts
- Exercice 2 — Lecture d'un oscilloscope/ 5 pts
- Exercice 3 — Hauteur et timbre/ 4 pts
- Exercice 4 — Niveau sonore et risques auditifs/ 4 pts
- Exercice 5 — Problème de synthèse — Sonar et ultrasons/ 3 pts
Notions évaluées
Qu'est-ce qu'une onde sonore ?, Fréquence et période d'un son, Hauteur et timbre d'un son, Vitesse de propagation du son, Niveau sonore et décibels, La perception auditive.
Pour préparer ce contrôle
- Relire le cours.
- Refaire les exercices corrigés et les problèmes.
- Se tester avec le QCM (36 questions).
- Faire ce sujet en conditions réelles — 60 min, sans le cours — puis se corriger et noter les points à revoir.
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Questions fréquentes sur ce sujet
- Combien de temps dure ce contrôle sur « Le son : caractéristiques et perception » ?
- 60 minutes pour 5 exercices notés sur 20. Prévois le double si tu enchaînes avec la correction.
- Le corrigé est-il fourni ?
- Oui : le corrigé détaillé se déplie sous le sujet, à n'ouvrir qu'après avoir rendu la copie.
- Ce sujet peut-il servir de DS, de contrôle ou d'interrogation ?
- Oui : c'est un devoir surveillé complet de 60 minutes. Pour une interrogation courte, garde un ou deux exercices ; pour un DS ou un contrôle de fin de chapitre, fais le sujet entier en temps limité.
- Ce sujet suit-il le programme de physique-chimie (2nde) de seconde ?
- Oui : il évalue uniquement les notions du chapitre « Le son : caractéristiques et perception » du programme officiel de physique-chimie (2nde) en seconde, soit Qu'est-ce qu'une onde sonore ?, Fréquence et période d'un son, Hauteur et timbre d'un son, Vitesse de propagation du son.
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