7. fibre optique (ds)

2nd1. Interrogation écrite.
Durée : 1h.
Exercice n°1 : Fibre optique.(3 points). 1) A l'aide d'un schéma légendé, expliquer comment la fibre optique peut
conduire la lumière en précisant les conditions de faisabilité de
cette propagation. 2) ) La fréquence des ondes utilisées dans une fibre optique est de
l'ordre de 3,8x1014 Hz. Déterminer la période de ces ondes.
Exercice 2 : Les OEM en questions.(6 points). Pour s'y retrouver parmi les multiples possibilités d'examens médicaux, une
façon est de les considérer du point de vue du type de signal analysé pour
parvenir à un diagnostic. Si la médecine nucléaire est mise de côté, trois
types de signaux sont utilisés : les signaux électriques, ceux qui mettent
en jeu des ondes sonores, et ceux qui mettent en jeu des ondes
électromagnétiques. 1) Donner 2 exemples de diagnostics médicaux utilisant les signaux
électriques.
2) Préciser les types d'ondes sonores qui existent. Donner un exemple de
diagnostic médical mettant en jeu les ondes sonores.
3) Donner 2 exemples de diagnostics médicaux mettant en jeu 2 types d'ondes
électromagnétiques différents. Préciser le type d'ondes
électromagnétiques dans chaque cas.
4) Qu'est-ce qui différencie toutes les ondes électromagnétiques (ou toutes
les ondes sonores) ?
5) Donner la valeur de la vitesse des ondes électromagnétiques dans l'air.
Les ondes électromagnétiques se propagent-elles dans le vide ? Justifier.
6) Donner la valeur approchée de la vitesse des ondes sonores dans l'air.
Ces ondes se propagent-elles plus vite dans l'air ou dans les milieux
liquides et solides ? Justifier. Exercice n°3: Signaux périodiques-Vitesse. (9 points).
Le document ci-dessous représente un électro-cardiogramme (ECG) d'une
personne au repos.)
[pic] 1) Pourquoi ce signal est-il périodique ? Représenter la période avec une
double flèche sur le signal de l'ECG.
2) Déterminer la période Trepos des battements de ce coeur au repos et
l'exprimer en seconde.
3) Quelle est la fréquence cardiaque frepos mesurée ?
4) Exprimer la fréquence cardiaque en battements par minute.
Après un effort physique, la personne refait un ECG. On note feffort et
Teffort la fréquence cardiaque et la période correspondantes.
5) Quelle inégalité a-t-on entre feffort et fepos puis entre Teffort et
Trepos ? Lors d'une séance de travaux pratiques, Claire et Rémi doivent
réaliser la mesure de la vitesse des ultrasons dans l'air. Ils disposent
d'un émetteur E et d'un récepteur R ultrasons, séparés d'une distance d,
et d'un système d'acquisition qui permet de faire l'enregistrement suivant
: 6) Schématiser le dispositif expérimental permettant de faire cette mesure. 7) Sur quelle voie (A ou B) est branché l'émetteur E et le récepteur R ?
8) Déterminer le décalage temporel ?t entre l'émission et la réception du
signal.
9) De quelle distance d sont séparés E et R sachant que la vitesse des
ultrasons est v = 350 m.s-1.
10) Claire et Rémi auraient-ils pu faire la même expérience dans le vide ?
Expliquer.
Correction. Exercice n°1 :Fibre optique. 1) La fibre subit des réflexions totales successives dans la fibre car
l'indice du c?ur de la fibre est supérieur [pic]
à celui de la gaine qui l'entoure (schéma : voir cours)
2) T = 1 / f = 1 / 3,8x1014 = 2,6x10-15 s
Exercice 2 : Les OEM en questions. 1- Electrocardiogramme (c?ur), électroencéphalogramme (cerveau),
électromyogramme (muscle), électro-oculogramme (?il),
électrorétinogramme (rétine). 2- Audibles, ultrasonores, infrasonores Echographie, stéthoscope, audiogramme 3- Radiographie (rayon X), scanner (rayon X), IRM (ondes radio),
scintigraphie (rayon gamma), thermographie (infrarouge) 4- Leur fréquence 5- 3x108 m/s ; oui (la lumière du Soleil nous parvient en traversant le
vide spatial, les ondes des satellites aussi...) 6- 340 m.s-1 ; dans les milieux liquides ou solides car les entités
chimiques qui vibrent sont plus proches Exercice 3 : Signaux périodiques - Vitesse
1) Le signal est périodique car un même motif se répète à intervalle de
temps régulier. Représentation de T avec une double flèche entre deux pics
consécutifs.
2) Entre deux grands pics consécutifs on mesure 4,0 cm.
Or 1,0 cm ? 200 ms donc T = 4,0 x200 = 800 ms = 0,800 s.
3)
[pic]
4) La fréquence f indique le nombre de battements par seconde. Donc le
rythme cardiaque en battements par minute est :
1,25 x 60 = 75 battements par minute.
5) Après effort, Teffort < Trepos donc feffort > frepos.
6)
[pic]
7) Le signal est reçu par R après avoir été émis par E, donc la voie A est
branchée sur E (1er signal reçu) et la voie B est branchée sur R (2nde
signal reçu).
8) ?t = 4 x 250 ?s = 1,00x103 ?s = 1,00x10-3 s (1 ?s = 10-6 s).
9) d = v x ?t = 350 x 1,00x10-3 = 0,350 m = 35,0 cm.
10) Les ultrasons ne se propagent pas dans le vide. Cette expérience
n'aurait donc pas pu être réalisée dans le vide.