cours - Seconde · 2020-01-28 · Sciences Physiques, Cours de Physique-Chimie, Seconde, Trimestre 1 Année scolaire 2016 / 2017 ENSEIGNEMENT À DISTANCE . 76-78 rue Saint-Lazare

Sciences Physiques, Cours de Physique-Chimie, Seconde, Trimestre 1 Année scolaire 2016 / 2017

ENSEIGNEMENT À DISTANCE

76-78 rue Saint-Lazare 75009 Paris

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COURS

EXERCICES

DEVOIRS

1 e r T R I M E S T R E

Classe de

2nde

Sciences physiques

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SOMMAIRE

SECONDE

SCIENCES PHYSIQUES

1er Trimestre

Série 1

1ère Leçon Outil du diagnostique médical

2ème Leçon Appl ication des ondes pour le diagnost ic médical

Série 2

1ère Leçon Ondes électromagnétiques au service de la médecine

2ème Leçon La réflexion de la lumière

Série 3

1ère Leçon De l ’atome à l ’élément chimique

2ème Leçon De l ’atome à l ’élément chimique (suite)

Série 4

1ère Leçon Les molécules

2ème Leçon Les molécules organiques

Série 5

1ère Leçon Extract ion directe

2ème Leçon Techniques d’extraction



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Série 6

1ère Leçon Hydrodisti l lat ion

2ème Leçon Hydrodisti l lat ion (suite)

Série 7

1ère Leçon Ident if ication par les caractérist iques physiques

2ème Leçon Chromatographie ; formulat ion d’un médicament

Série 8

1ère Leçon Synthèse de produits chimiques

2ème Leçon La réaction chimique



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SCIENCES PHYSIQUES

2nde

1ère SÉRIE

LA SANTÉ

PREMIÈRE LEÇON

Outil du diagnostique médical

DEUXIÈME LEÇON

Application des ondes pour le diagnostic médical



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1ère Série

LA SANTÉ

Introduction :

L’application de la physique a fourni aux médecins des outils tels que l’électrocardiogramme,

l’imagerie médicale… Nous étudierons les principes physiques qui ont permis d’élaborer ces outils du

diagnostic médical.

PREMIÈRE LEÇON

Outils du diagnostique médical

L’électroencéphalogramme et l’électrocardiogramme sont les tracés obtenus par enregistrement des

signaux périodiques émis respectivement par le cerveau et par le cœur.

I - Signal périodique

1. Période

Un phénomène est périodique s’il se reproduit de façon identique, à intervalle régulier.

La période, notée T, est la durée de l’intervalle de temps au bout duquel le phénomène se répète. T

s’exprime en seconde (s)

Ex : Toutes les 24 h, une nouvelle journée commence.

Dans cet exemple, le phénomène périodique est la journée.

La période est 24 heures.

On ne peut conclure de la périodicité d’un signal que sur la durée de l’enregistrement. Un signal est

périodique si son enregistrement présente la répétition régulière d’un même motif. La période

correspond à la durée du motif.



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1ère Série

2. Fréquence et amplitude

La fréquence correspond au nombre de phénomènes périodiques pendant 1 seconde. (T est donc en

seconde).

Elle se note f, s’exprime en Hz et se calcule en cherchant l’inverse de la période.

f =

1

T Par conséquent T =

f

1

Amplitude :

L’amplitude « crête à crête » d’un signal électrique est l’écart entre la valeur maximale de la

tension et sa valeur minimale. Elle s’exprime en volt (V), millivolt (mV) ou microvolt (µV).

Pour mémoire : 1 mV = 10-3 V et 1 µV = 10-6 V

3. Cas de l’oscilloscope

L’oscilloscope permet de visualiser une tension variable au cours du temps.

L’axe horizontale correspond à l’axe des temps, t en s ou ms

L’axe vertical correspond à l’axe des tensions, U

Les réglages des sensibilités verticale Sv (en V/div) et horizontale Sh (en ms/div) permettent de

mesurer la tension maximale Umax et la période T de la tension. La tension minimale Umin est la valeur

la plus petite d’une tension périodique.

La sensibilité horizontale peut aussi être appelée base de temps ou durée de balayage.

Ex : sur l’oscillogramme ci-dessous : SH = 2ms/div

SV =0,5 V/div



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1ère Série

La période occupe 7,6 divisions (Nx)

Donc T = 7,6 SH= 7,6 2= 15,2 ms =0,0152 s = 15,2.10-3s

Le sommet de la courbe a monté de 3 divisions (Ny)

Donc Um= 3 0,5 V/div.= 3 0,5= 1,5 V

Calcul de la fréquence :

f =

1

T=

1

0,0152 = 65,8Hz

II - Utiliser un oscilloscope

1. Vérifications initiales

a) Appuyez sur « on » sur le bouton « POWER » (1).

b) Aucun bouton gris n’est enfoncé. c) Les boutons orange sont en butée vers la gauche.



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1ère Série

2. Réglage de la luminosité du faisceau

a) Réglez la luminosité du faisceau avec le bouton « INTENS.» (2).

b) Focalisez le faisceau lumineux pour que son diamètre soit minimum avec le bouton « FOCUS » (3).

3. Réglage de la voie 1 (VOLTS / DIV)

a) Placez le sélecteur DC/AC/GD sur la position GD pour « ground » (absence de signal) (4). b) À l’aide du sélecteur « Y – POS. I » (5), réglez verticalement la position du faisceau sur l’axe

horizontal placé au centre.

4. Réglage de la base de temps (TIME / DIV)

a) Placez le sélecteur « TRIG » (6) en AC. b) À l’aide du sélecteur « X – POS. I » (7), réglez horizontalement la position du faisceau sur l’axe

vertical en butée à gauche.

III - Branchement du générateur de basse

1. Fréquence GBF

Un câble coaxial part de l’oscilloscope et se partage en 2

câbles à brancher au GBF aux endroits indiqués par les flèches. Sur le GBF, les boutons enfoncés sont 1 kHz, 1,

amplitude du bouton « SORTIE » à mi-course.

2. Réglage des calibres (VOLTS / DIV et TIME / DIV)

a) Placez le sélecteur (4) sur la position AC.

b) Tournez le sélecteur VOLTS/DIV (8) de telle façon que la courbe soit bien équilibrée (assez haute vers le haut et le bas).

c) Réalisez la lecture de la sensibilité en V ou mV par division grâce au curseur blanc du bouton. d) Tournez le sélecteur TIME/DIV (9) de telle façon que la courbe ne soit ni trop serrée, ni trop étalée

(3 à 4 motifs sur l’écran). e) Réalisez la lecture de la sensibilité en s, ms ou μs par division grâce au curseur blanc du bouton.



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1ère Série

II - ECG : Électro Cardiogramme

L’étude des signaux périodiques peut permettre l’établissement d’un diagnostique médical :

Un électrocardiogramme enregistre la stimulation électrique que le cœur reçoit pour pouvoir se

contracter. Chaque « grand pic » correspond à un battement de cœur.

La courbe au niveau de P indique les contractions des oreillettes du cœur.

L’onde associée à QRS indique celles des ventricules.

C’est au cours de la contraction des ventricules (systole) que le sang est expulsé vers le système

artériel. « L’onde » T indique le moment où les ventricules reviennent au repos (diastole) et se

remplissent de sang.

L’étude des signaux électriques du cœur permet de déceler des troubles du rythme cardiaque : une

accélération (tachycardie), un ralentissement ( bradycardie), une désorganisation du rythme cardiaque

( fibrillation).

L’électroencéphalographie enregistre les signaux électriques du cerveau et permet de localiser des

zones du cerveau à l’origine de certains dysfonctionnement du système nerveux, come l’épilepsie.



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1ère Série

Exercice 1

1. Calculer la période, en secondes, de la rotation de la Terre sur elle même.

2. Calculer la fréquence correspondante

Exercice 2

1. Déterminer la fréquence d’oscillation d’un cristal de quartz sachant qu’il oscille 18 458 fois par seconde.

2. Une balançoire réalise un cycle d’oscillation en 2s, calculer sa fréquence.

3. Un moteur tourne à 3 000 tours par minute, quelle est sa fréquence ?

Exercice 3

Déterminer la période, la fréquence et la valeur maximale de la tension visualisée sur l’oscillogramme.

Sensibilité verticale Sv= 1 V/div

Sensibilité horizontale Sh= 2 ms/div



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1ère Série

DEUXIÈME LEÇON

Applications des ondes pour le diagnostic médical

L’échographie est une technique d’imagerie médicale utilisant les propriétés des ondes ultrasonores, et

en particulier leur réflexion, appelé écho.

I - Signal périodique

1. Généralités sur les ondes

Une onde est une perturbation qui se déplace, sans transport de matière.

Exemple : on agite l’extrémité d’une corde. Chaque point de la corde va, l’un après l’autre, monter et

descendre : la déformation de la corde s’est déplacée d’une extrémité à l’autre.

Si on entretient l’agitation de la corde (on continue d’agiter l’extrémité), la fréquence serait le nombre

de « montée descente » d’un point de la corde, en 1s (puisque chaque point va osciller : monter et

descendre au cours du temps)

II - Les ondes sonores et ultrasonores

1. Nature de l’onde sonore

Une onde sonore est produite par un objet (la source) qui vibre.

Ex : diapason, corde d’une guitare, peau d’un tambour…

La source transmet ses vibrations au milieu matériel dans lequel elle se trouve (par exemple : l’air) ;

Lorsqu’un son traverse l’air, on peut observer des zones où la pression de l’air est plus importante que

lorsqu’il n’y a pas de son ; dans ces zones, l’air est plus comprimé. On observe aussi des zones où l’air

est plus dilaté : zones de dépression. Ces perturbations de la pression de l’air se déplacent : c’est

l’onde sonore.



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1ère Série

2. Fréquence

L’oreille humaine est sensible aux ondes sonores entre 20 Hz et 20 kHz. Au delà de 20 kHz, ce sont

des ondes ultrasonores, inaudibles par l’homme. En dessous de 20 Hz on parle d’ondes infrasonores.

3. Vitesse de propagation

Les ondes sonores ne se propagent pas dans le vide. Elles se propagent en ligne droite dans tout

milieu matériel (air, eau, solide…)

La vitesse dépend du milieu dans lequel l’onde se propage.

À savoir : la vitesse du son dans l’air est de 340 m.s-1.Cette vitesse est nettement supérieure dans les

liquides et les solides.

On peut schématiser une onde sonore de la manière

suivante : les points noirs représentent les grains d’air. On

remarque les compressions et les dilatations.

Une onde sonore (c’est-à-dire un son) est une onde

mécanique se propageant dans les gaz, les liquides et les

solides.



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1ère Série

4. réflexion des ultrasons

Les ultrasons sont rapidement atténués dans l’air alors qu’ils le sont beaucoup moins dans les

liquides : le corps humain étant constitué d’eau à 70 %, ils sont utilisés pour réaliser des

échographies.

Sur les obstacles ou à chaque changement de milieu, les ultrasons se réfléchissent. Ce phénomène de

réflexion est utilisé pour réaliser l’échographie.

Un émetteur d’ultra-sons joue également le rôle de récepteur.

Ex : Les ultrasons sont réfléchis par un écran. (de la même façon que lorsqu’on crie en montagne et

que l’on entend l’écho). L’onde ultrasonore a donc parcouru un aller et un retour donc une distance

égale à 2d.

écran

ER

d

Or la vitesse v est celle du son dans l’air (340 m.s-1) et v =t

ℓ = 2d et t = durée pour effectuer un aller retour.

De même, on peut déduire la distance à laquelle se trouve un obstacle réfléchissant, il suffit de

mesurer le temps mis par l’onde pour effectuer le chemin aller-retour, et de calculer ℓ = v × t

Or ℓ =2d donc d= 2

III - L’échographie médicale

Une sonde échographique est à la fois émettrice et réceptrice d’ultrasons. Lorsqu’ils se propagent

dans le corps, les ultrasons sont plus ou moins réfléchis par les parois séparant 2 milieux différents.

Si la vitesse de propagation ν est connue, la mesure de la durée ∆t du parcours aller-retour entre

l’émetteur-récepteur permet d’en déduire la distance d.

Les fréquences utilisées varient de 2 MHz à 15 MHz.



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1ère Série

muscle

os

u.s. ayant traversé

u.s : ultra-sons

La distance parcourue par l’onde pendant ∆t est de 2d donc la célérité ν s’exprime :

V = parcoursdudurée

parcouruedistance =

t

d

2

d= 2

tv (v en m.s -1 ; ∆t en s ; d en m)

Remarque : Afin de mieux transmettre les ultrasons dans le corps, un gel est placé entre la sonde et

la peau du patient.

u.s

.

u.s. réfléchis



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1ère Série

Exercice 4

Pour localiser les obstacles et les proies, une chauve souris émet de brefs signaux ultrasonores

périodiques de fréquence égale à 30,5 kHz.

1. Quelle est la vitesse de ces ondes dans l’air.

2. Un insecte est à 3,4 m, quelle durée sépare l’émission de l’onde et sa réception par la chauve souris

après réflexion sur l’insecte ?

Exercice 5

Un émetteur produit brièvement une onde ultrasonore périodique de fréquence 60 kHz. L’onde est

reçue par 2 récepteurs distant de 2,00 m et alignés avec l’émetteur. Le signal reçu par le récepteur le

plus éloigné présente un retard t = 1,28 ms par rapport à l’autre récepteur.

L’ensemble est immergé dans l’eau d’une piscine.

1. L’onde est elle audible dans l’eau par l’oreille humaine ?

2. Calculer la vitesse de l’onde ultrasonore dans l’eau.

3. Est-elle différente de sa vitesse dans l’air ?



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