Ressources · 2ⁿᵈᵉ · Physique-Chimie (2nde)
Son : émission, propagation et perception
Émission par une vibration et caisse de résonance ; propagation dans un milieu matériel ; vitesse du son et sa mesure ; période et fréquence d’un signal sonore, microcontrôleur ; hauteur, timbre, domaines de fréquences ; intensité, niveau d’intensité sonore et risques auditifs.
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Sujet et corrigé prêts à imprimer.
Devoir surveillé – Son : émission, propagation et perception
Durée : 60 min – Calculatrice autorisée – Sur 20 points · Physique-Chimie (2nde) 2ⁿᵈᵉ
Tous les calculs doivent figurer sur la copie. Les résultats seront donnés sous la forme la plus simple possible.
Exercice 1 – Émission et propagation d’un son ★★
(4 pts)Un haut-parleur diffuse de la musique dans une salle.
- a)Expliquer comment la membrane du haut-parleur produit un son dans l’air.
- b)Un buzzer qui sonne est placé dans une enceinte en verre dont une pompe retire peu à peu l’air. Décrire ce que l’on entend, puis l’interpréter.
- c)Une onde sonore transporte-t-elle de la matière ? Justifier à l’aide du rôle du milieu.
- d)Classer par vitesse de propagation du son croissante : eau liquide, air, acier. Justifier qualitativement.
Exercice 2 – Lecture d’un oscillogramme ★★
(4 pts)Un micro relié à un oscilloscope affiche le signal ci-dessous. Balayage : 2 ms/div ; sensibilité verticale : 0,5 V/div. Trois périodes complètes occupent 7,2 divisions.
- a)Déterminer la période T du signal.
- b)Calculer la fréquence f du son.
- c)Le sommet du signal est à 3,4 divisions de l’axe central. Déterminer l’amplitude de la tension.
- d)Sans changer les réglages, on émet un son de fréquence double. Combien de périodes observe-t-on alors sur les 7,2 divisions ? Justifier.
Exercice 3 – Mesurer la vitesse du son ★★
(4 pts)Deux micros alignés avec une source sont séparés de 2,40 m. Le signal atteint le second 7,0 ms après le premier.
- a)Calculer la vitesse du son.
- b)Le tableau donne la vitesse du son dans l’air selon la température θ.Estimer la température de l’air lors de la mesure.
θ (°C) 0 10 20 30 v (m/s) 331 337 343 349 - c)Calculer la durée nécessaire à ce son pour parcourir 1,5 km.
- d)Un élève obtient v = 0,34 m/s. Expliquer son erreur.
Exercice 4 – Hauteur, timbre et intensité ★★
(4 pts)Trois sons sont enregistrés avec le même micro, placé à la même distance de la source.
| Son | Fréquence (Hz) | Forme du signal | Niveau (dB) |
|---|---|---|---|
| 1 | 294 | sinusoïdale | 62 |
| 2 | 588 | sinusoïdale | 62 |
| 3 | 294 | non sinusoïdale | 74 |
- a)Quels sons ont la même hauteur ? Justifier.
- b)Comparer les hauteurs des sons 1 et 2.
- c)En plus du niveau sonore, quelle caractéristique perçue distingue le son 3 du son 1 ? Justifier.
- d)Un élève affirme : « Le son 2 est plus fort que le son 1 puisqu’il est plus aigu. » Expliquer son erreur.
Exercice 5 – Exposition sonore et risques auditifs ★★★
(4 pts)À 85 dB, la durée d’exposition maximale est de 8 h par jour ; elle est divisée par 2 à chaque augmentation de 3 dB.
- a)Au premier rang d’un concert, le sonomètre indique 106 dB. Situer ce niveau par rapport au seuil de danger (85 dB) et au seuil de douleur (120 dB).
- b)Calculer la durée maximale d’exposition à 106 dB.
- c)Au fond de la salle, le niveau est de 88 dB. Un spectateur peut-il y rester pendant les 2 h 30 du concert ? Justifier.
- d)Le lendemain, un spectateur du premier rang entend des sifflements. Nommer ce symptôme et expliquer pourquoi des expositions répétées peuvent entraîner une surdité définitive.
Bon courage !
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Voir le corrigé et le barème
Corrigé et barème – Son : émission, propagation et perception
Durée : 60 min – Calculatrice autorisée – Sur 20 points · Physique-Chimie (2nde) 2ⁿᵈᵉ
Exercice 1 – Émission et propagation d’un son ★★
(4 pts)- a)La membrane vibre : elle comprime puis dilate périodiquement l’air à son contact, et cette perturbation se propage de proche en proche : c’est le son. (1)
- b)Le son s’affaiblit à mesure que l’air est retiré et devient presque inaudible, alors que l’on voit toujours le buzzer vibrer : le son a besoin d’un milieu matériel et ne se propage pas dans le vide (la lumière, elle, le traverse). (1)
- c)Non : chaque tranche du milieu oscille autour de sa position puis y revient ; seule l’énergie se propage, sans transport de matière. (1)
- d)air < eau liquide < acier : plus les entités du milieu sont proches et liées, plus la perturbation se transmet vite. (1)
Le point clé — Ce qui avance, c’est la perturbation : la matière du milieu ne fait qu’osciller sur place.
Exercice 2 – Lecture d’un oscillogramme ★★
(4 pts)- a)Durée des 3 périodes : 7,2 × 2 = 14,4 ms, donc T = 14,4 ÷ 3 = 4,8 ms, soit 4,8 × 10⁻³ s. (1)
- b)f = 1 ÷ T = 1 ÷ 0,0048 ≈ 208 Hz. (1)
- c)Amplitude : 3,4 × 0,5 = 1,7 V. (1)
- d)Fréquence double, donc période divisée par 2 : 2,4 ms. Sur 14,4 ms, on observe 14,4 ÷ 2,4 = 6 périodes. (1)
Erreur fréquente — Diviser la durée totale par le nombre de divisions au lieu du nombre de périodes : on compte d’abord les motifs.
Exercice 3 – Mesurer la vitesse du son ★★
(4 pts)- a)v = d ÷ Δt = 2,40 ÷ 0,0070 ≈ 343 m/s. (1)
- b)343 m/s correspond, dans le tableau, à θ ≈ 20 °C. (1)
- c)Δt = d ÷ v = 1 500 ÷ 343 ≈ 4,4 s. (1)
- d)Il a divisé par 7,0 sans convertir les ms en s : 2,40 ÷ 7,0 ≈ 0,34. Avec Δt = 7,0 × 10⁻³ s, on trouve 343 m/s, valeur plausible dans l’air. (1)
Repère — Une vitesse du son calculée loin de 340 m/s dans l’air signale presque toujours une conversion oubliée.
Exercice 4 – Hauteur, timbre et intensité ★★
(4 pts)- a)Les sons 1 et 3 : même fréquence (294 Hz), donc même hauteur. (1)
- b)588 ÷ 294 = 2 : le son 2 est plus aigu, exactement une octave au-dessus du son 1. (1)
- c)Le timbre : même fréquence, mais formes de signal différentes (sinusoïdale pour 1, non sinusoïdale pour 3). (1)
- d)La hauteur dépend de la fréquence, la force de l’amplitude, repérée par le niveau sonore. Les sons 1 et 2 ont le même niveau, 62 dB : ils sont perçus aussi forts ; le son 2 est seulement plus aigu. (1)
Le point clé — Fréquence → hauteur, forme → timbre, amplitude ou niveau → force : trois grandeurs indépendantes.
Exercice 5 – Exposition sonore et risques auditifs ★★★
(4 pts)- a)85 dB < 106 dB < 120 dB : au-dessus du seuil de danger, sous le seuil de douleur. Aucune douleur ne prévient, mais des lésions sont possibles. (1)
- b)106 − 85 = 21 dB = 7 tranches de 3 dB ; 8 ÷ 2⁷ = 8 ÷ 128 = 0,0625 h = 3,75 min, soit 3 min 45 s par jour. (1)
- c)88 − 85 = 3 dB : durée maximale 8 ÷ 2 = 4 h, supérieure à 2 h 30. Oui, selon ce repère, il peut rester au fond de la salle. (1)
- d)Ce sont des acouphènes, signe que les cellules ciliées de l’oreille interne sont abîmées ; ces cellules ne se régénèrent pas, d’où une perte d’audition définitive si les expositions se répètent. (1)
Astuce — Compter les tranches de 3 dB au-dessus de 85 dB, puis diviser 8 h par 2 autant de fois.
Ce document est la propriété intellectuelle de Ben, professeur particulier (benprofparticulier.fr), protégée par le Code de la propriété intellectuelle (art. L. 111-1 et L. 122-4). Il est mis à disposition pour un usage personnel de révision. Toute reproduction, diffusion, mise en ligne ou revente, totale ou partielle, sans autorisation écrite est interdite et constitue une contrefaçon (art. L. 335-2).
Ce contrôle de physique-chimie (2nde) 2ⁿᵈᵉ en bref
Un devoir surveillé type contrôle en classe sur « Son : émission, propagation et perception » : 5 exercices, 60 minutes, noté sur 20. Le sujet et le corrigé sont téléchargeables en PDF, prêts à imprimer, pour travailler comme en classe.
- Exercice 1 — Émission et propagation d’un son ★★/ 4 pts
- Exercice 2 — Lecture d’un oscillogramme ★★/ 4 pts
- Exercice 3 — Mesurer la vitesse du son ★★/ 4 pts
- Exercice 4 — Hauteur, timbre et intensité ★★/ 4 pts
- Exercice 5 — Exposition sonore et risques auditifs ★★★/ 4 pts
Notions évaluées
Vibration, émetteur, récepteur, caisse de résonance, onde mécanique, milieu matériel, propagation de proche en proche, vitesse de propagation, retard, écho, microphone, chaîne de mesure, représentation temporelle, signal périodique, période, fréquence, hertz, amplitude, oscilloscope, balayage, son pur, son complexe, microcontrôleur, hauteur, octave, timbre, infrasons, ultrasons, domaine audible, intensité sonore, niveau d’intensité sonore, décibel, sonomètre, seuil de danger, seuil de douleur, acouphènes, cellules ciliées.
Pour préparer ce contrôle
- Relire le cours et la fiche de révision.
- Refaire les exercices corrigés.
- Se tester avec le QCM (24 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 « Son : émission, propagation 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 complet est fourni en PDF (bouton « Télécharger le corrigé »), avec le barème exercice par exercice.
- 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 « Son : émission, propagation et perception » du programme officiel de physique-chimie (2nde) en seconde, soit : émission d’un signal sonore par la mise en vibration d’un objet, caisse de résonance ; rôle du milieu matériel dans la propagation ; vitesse de propagation d’un signal sonore dans l’air et comparaison avec d’autres vitesses, mesure de cette vitesse ; signal sonore périodique, période, fréquence, relation f = 1 ÷ T, lecture d’une représentation temporelle, chaîne de mesure, microcontrôleur qui produit un son ; fonction périodique ; lien entre fréquence et hauteur, entre forme du signal et timbre ; domaines des sons audibles, des infrasons et des ultrasons ; lien qualitatif entre amplitude, intensité sonore et niveau d’intensité sonore ; échelle de niveaux d’intensité sonore et dangers de l’exposition sonore.
Moi c'est Ben, j'ai créé ce site pour aider le plus d'élèves possible, partout en France. Je peux aussi reprendre avec toi ce qui coince en cours particulier : en visio, ou à domicile si tu es à Marseille.
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