Préparation au CAPES de Physique Chimie

Préparation au CAPES de Physique Chimie Année 2004 /
2005
Centre de Nice Sujet d'épreuve sur Dossier. Ondes Stationnaires, vibrations d'une corde et d'une colonne d'air. Classe concernée : Terminale S option spécialité.
Documents : Exercices type bac provenant d'annales bac 2002 à 2004. Travail à effectuer : Le candidat développera dans l'ordre qui lui convient
et au niveau qui lui semble adapté les deux sujets suivants en leur
accordant une importance comparable. A ) En relation avec les contenus du documents. A.1) Objectifs : 1) Situation de la leçon dans le programme de Terminale S spécialité.
2) Quels sont les compétences et savoir-faire exigibles concernant cette
leçon ?
3) Quels sont les savoir-faire expérimentaux concernant cette leçon? A.2) Cours : Etablir un cours sur les notions suivantes :
1) Corde tendue entre deux points fixes : Modes de vibrations.
2) Vibrations sonores d'une colonne d'air.
( Donner à chaque fois des exemples simples, accompagnés d'applications
numériques.
( Indiquer pour les notions abordées, les points délicats pour les élèves.
( Indiquer également quelques expériences introductives réalisables pour
illustrer ce cours. Commenter rapidement ces expériences. B ) Analyse d'une situation d'enseignement.
Le dossier comporte une compilation d'exercices provenant d'annales bac
2002 à 2004 pour les spécialistes ( option physique -Chimie au bac S ). Cet exercice est noté sur 5 points ( 5 / 20 ) . La durée de l'épreuve est
de 3h30min. B.1) Commenter cet exercice. Quelles sont les notions abordées ? Niveau de
difficulté ? B.2) Donner une correction de cet énoncé (comme vous le feriez devant une
classe ...) . B.3) Etablir un barème (répartition des 5 points) en le justifiant.
1 ) La guitare.
On réalise un montage en plaçant la corde n° 1 au voisinage d'un aimant
parcouru par un courant sinusoïdal : La corde vibre alors à la même
fréquence que celle du courant.
Pour certaines fréquences ( f1 , f2 , f3 , ... ), on obtient un système
d'ondes stationnaires.
On observe alors un ou plusieurs fuseaux. 1.1) Donner les valeurs des fréquences f1 , f2 et f3 .
1.2) Quel aspect présente la corde lorsqu'on lui impose la fréquence f1 ?
Faire un schéma.
1.3) Quelle relation lie la longueur de la corde L à la fréquence f1 et à
la célérité V des ondes mécaniques le long de cette corde ? Déterminer la
célérité V.
1.4) Quel aspect présente la corde lorsqu'on lui impose la fréquence f3 ?
Faire un schéma.
1.5) Quels sont les paramètres physiques qui distinguent les 6 cordes ?
Expliquer. 2 ) Le piano. On a mesuré la longueur de trois cordes d'un piano droit associés à trois
notes.
Ré0 : 116,0 cm et 36,6 Hz mi2 : 94,1 cm et 164,8 Hz et
ré4 : 33,2 cm et 587,3 Hz. 2.1) Calculer la célérité V des ondes transversales sur la corde mi2.
2.2) Pour la corde mi2 , on a une masse linéique du fil µ = 7,5.10-3 kg.m-
1.
Calculer la tension T de la corde mi2.
2.3) Calculer la longueur d'onde (1 pour le mode fondamental de la corde
ré4.
2.4) La corde ré0 est désaccordée ( f1 = 38 Hz ) . Que doit faire
l'accordeur pour lui redonner sa bonne fréquence de vibration ? 3 ) La flûte à bec. Dans une flûte à bec, les deux extrémités du tube sont des ventres de
vibrations pour la colonne d'air.
3.1) Représenter schématiquement l'onde stationnaire pour le mode
fondamental.
3.2) On a f1 = 523 Hz et on donne V = 340 m.s-1. Calculer la longueur L de
cette flûte.
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EXERCICE BAC S SPECIALITE ( 5 points ) : Les instruments de musique.