Cette partie s’inscrit dans la continuité de l’étude des signaux sonores effectuée en classe de
seconde puis de celle des ondes mécaniques, en particulier périodiques, abordée en classe
de première. Ces études ont permis d’une part d'illustrer la variété des domaines
d’application et d’autre part de donner du sens aux grandeurs caractéristiques des ondes et
à la double périodicité spatiale et temporelle dans le cas des ondes périodiques. Tout en
continuant à exploiter la diversité des champs d’application (télécommunications, santé,
astronomie, géophysique, biophysique, acoustique, lecture optique, interférométrie,vélocimétrie, etc.), il s’agit dans cette partie d’enrichir la modélisation des ondes en
caractérisant les phénomènes qui leur sont propres : diffraction, interférences, effet Doppler.
Même si certains de ces phénomènes peuvent échapper à l’observation directe, le recours à
l’instrumentation et à la mesure permet de mener de nombreuses expériences pour illustrer
ou tester les modèles. Il s’agit donc d’interpréter des observations courantes en distinguant
bien le ou les phénomènes en jeu et en portant une attention particulière aux conditions de
leur manifestation. Pour l’étude de la diffraction et des interférences, on se limite au cas des
ondes progressives sinusoïdales.
Notions abordées en classe de première (enseignement de spécialité et enseignement
scientifique) :
Onde mécanique progressive périodique, célérité, retard, ondes sinusoïdales, période,
longueur d’onde, relation entre période, longueur d’onde et célérité, son pur, son composé,
puissance par unité de surface d’une onde sonore, fréquence fondamentale, note, gamme,
signal analogique, numérisation.
Notions abordées en première :Onde mécanique progressive périodique, célérité, retard, ondes sinusoïdales, période,
longueur d’onde, relation entre période, longueur d’onde et célérité, son pur, son composé,
puissance par unité de surface d’une onde sonore, fréquence fondamentale, note, gamme,
signal analogique, numérisation.
Notions et contenus | Capacités exigibles Activités expérimentales support de la formation |
Savoirs :Intensité sonore, intensité
sonore de référence, niveau
d’intensité sonore.
Atténuation (en dB). | Savoir-faireExploiter l'expression donnant le niveau d’intensité sonore
d’un signal.
Illustrer l'atténuation géométrique et l'atténuation par
absorption.
Capacité mathématique : Utiliser la fonction logarithme
décimal et sa fonction réciproque. |
Savoirs :Diffraction d’une onde par une
ouverture : conditions
d'observation et
caractéristiques.
Angle caractéristique de
diffraction. | Savoir-faireCaractériser le phénomène de diffraction dans des
situations variées et en citer des conséquences concrètes.
Exploiter la relation exprimant l’angle caractéristique de
diffraction en fonction de la longueur d'onde et de la taille de
l'ouverture.
Illustrer et caractériser qualitativement le phénomène de
diffraction dans des situations variées.
Exploiter la relation donnant l’angle caractéristique de
diffraction dans le cas d’une onde lumineuse diffractée par
une fente rectangulaire en utilisant éventuellement un
logiciel de traitement d'image. |
Savoirs :Interférences de deux ondes,
conditions d'observation.
Interférences constructives,
Interférences destructives. | Savoir-faireCaractériser le phénomène d’interférences de deux ondes
et en citer des conséquences concrètes.
Établir les conditions d’interférences constructives et
destructives de deux ondes issues de deux sources
ponctuelles en phase dans le cas d'un milieu de propagation
homogène.
Tester les conditions d’interférences constructives ou
destructives à la surface de l’eau dans le cas de deux ondes
issues de deux sources ponctuelles en phase. |
Savoirs :Interférences de deux ondes
lumineuses, différence de
chemin optique, conditions
d’interférences constructives ou
destructives. | Savoir-fairePrévoir les lieux d’interférences constructives et les lieux
d’interférences destructives dans le cas des trous d’Young,
l’expression linéarisée de la différence de chemin optique
étant donnée. Établir l’expression de l’interfrange.
Exploiter l’expression donnée de l'interfrange dans le cas des interférences de deux ondes lumineuses, en utilisant
éventuellement un logiciel de traitement d'image.
Capacité numérique : Représenter, à l’aide d’un langage
de programmation, la somme de deux signaux sinusoïdaux
périodiques synchrones en faisant varier la phase à l'origine
de l'un des deux. |
Savoirs :Effet Doppler.
Décalage Doppler. | Savoir-faireDécrire et interpréter qualitativement les observations
correspondant à une manifestation de l’effet Doppler.
Établir l’expression du décalage Doppler dans le cas d’un
observateur fixe, d’un émetteur mobile et dans une
configuration à une dimension.
Exploiter l’expression du décalage Doppler dans des
situations variées utilisant des ondes acoustiques ou des
ondes électromagnétiques.
Exploiter l’expression du décalage Doppler en acoustique
pour déterminer une vitesse. |
2. Former des images, décrire la lumière par un flux de photons