L'écholocation chez les chauves-souris

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Annales corrigées
Classe(s) : Tle S | Thème(s) : L'épreuve pratique
Année : 2016 | Académie : Inédit

Épreuve expérimentale

pchT_1600_00_00C

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Sujet inédit

Épreuve expérimentale no 1

L’écholocation chez les chauves-souris

Ce sujet comporte 3 feuilles individuelles sur lesquelles le candidat doit consigner ses réponses.

Le candidat doit restituer ce document avant de sortir de la salle d’examen.

Le candidat doit agir en autonomie et faire preuve d’initiative tout au long de l’épreuve.

En cas de difficulté et afin de lui permettre de continuer la tâche, le candidat peut solliciter l’examinateur. L’utilisation de la calculatrice est autorisée.

contexte du sujet

Pour se diriger dans l’obscurité totale et chasser les insectes dont elles se nourrissent, certaines chauves-souris ont développé un système de sonar tout à fait particulier basé sur la production et la réception d’ultrasons : l’écholocation.

Le but de cette épreuve est de modéliser ce système d’écholocation au laboratoire.

documents mis à disposition du candidat

Document 1 Définition générale de l’écholocation chez certaines chauves-souris

L’écholocation est une technique biologique de situation spatiale d’un objet par l’utilisation des ondes sonores ou ultrasonores. Certaines chauves-souris sont, parmi d’autres espèces, pourvues d’oreilles qui transmettent au cerveau les réflexions d’ondes sonores ou ultrasonores émises par la bouche ou le nez de l’animal.

C’est notamment la durée mise par les ondes pour revenir à l’animal après avoir été émises par lui qui lui permet d’apprécier la distance des objets.

Document 2 Matériel à disposition du candidat

Un oscilloscope bicourbe.

Deux fiches BNC déjà mises en place sur l’oscilloscope.

Un émetteur d’ultrasons et son alimentation déjà reliée à l’émetteur.

Deux récepteurs d’ultrasons.

Un écran en carton et son support.

Des fils de connexion.

Un mètre.

Donnée

Célérité des ondes sonores ou ultrasonores dans l’air de la salle : vair = 3,4 × 10² m/s.

travail à effectuer

1 Proposition d’un protocole expérimental

Durée conseillée : 30 min.

Remplir le tableau ci-dessous et proposer un protocole expérimental détaillé permettant de réaliser une expérience modélisant le système d’écholocation d’une chauve-souris repérant un insecte situé à 20 cm d’elle.

Remarque : Le protocole expérimental doit expliciter la façon dont on va utiliser le matériel, la ou les mesures et le calcul à effectuer pour déterminer la distance entre la chauve-souris et sa proie. On peut également proposer un schéma.

 

Bouche ou nez de la chauve-souris

Oreille de la chauve-souris

Cerveau de la chauve-souris

Insecte chassé par la chauve-souris

Matériel expérimental modélisant les organes de la chauve-souris ou l’insecte chassé

       

Protocole expérimental proposé :

…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….………………

Appeler le professeur pour lui présenter le tableau rempli et le protocole expérimental proposé ou en cas de difficulté.

2 Mise en œuvre du protocole expérimental

Durée conseillée : 20 min.

Mettre en œuvre le protocole expérimental.

Appeler le professeur en cas de difficulté lors de la mise en œuvre du protocole expérimental.

Déterminer expérimentalement la distance « chauve-souris – insecte » en utilisant le principe de l’écholocation.

3 Interprétation des résultats expérimentaux

Durée conseillée : 10 min.

Comparer la distance « chauve-souris – insecte » mesurée avec le principe de l’écholocation et celle mesurée avec un mètre.

Déterminer au moins une cause d’incertitude expérimentale possible et proposer une modification du protocole expérimental permettant de diminuer cette incertitude expérimentale.

Appeler le professeur pour lui présenter l’interprétation des résultats expérimentaux ou en cas de difficulté.

Clés du sujet

Proposer un protocole expérimental

N’hésitez pas à dessiner un schéma : il sera tout aussi explicite qu’un long texte.

Mise en œuvre du protocole expérimental

Pensez à utiliser les réglages de l’oscilloscope pour calculer le retard entre l’émission et la réception.

L’onde ultrasonore fait un aller-retour entre la chauve-souris et l’insecte : il faut donc diviser par 2 la distance parcourue par l’onde.

Corrigé

Corrigé

1 Proposition d’un protocole expérimental

Le but de cette expérience est de modéliser la chauve-souris par un émetteur et un récepteur d’ultrasons. La « chauve-souris » modélisée émet des « cris » par salves. La lecture sur l’oscilloscope va permettre de mesurer le retard entre l’émission du cri et sa réception.

 

Bouche ou nez de la chauve-souris

Oreille de la chauve-souris

Cerveau de la chauve-souris

Insecte chassé par la chauve-souris

Matériel expérimental modélisant les organes de la chauve-souris ou l’insecte chassé

Émetteur d’ultrasons

Récepteur d’ultrasons

Oscilloscope

Écran

Protocole expérimental proposé :

pchT_1600_00_00C_01

Attention !

La chauve-souris a l’oreille très près de sa bouche !

On positionne l’écran à 20 cm de l’émetteur et du récepteur à l’aide du mètre.

On alimente l’émetteur en mode « salves » et on le relie à la voie A de l’oscilloscope. On décale la trace vers le haut de l’écran.

On relie le récepteur à la voie B et on décale le signal vers le bas de l’écran.

On obtient un oscillogramme comme ci-dessous.

pchT_1600_00_00C_02

Cela permet de mesurer, sur l’écran, le retard Δt entre l’émission et la réception.

Une fois le retard mesuré, la distance d se calcule de la façon suivante :

2554816-Eqn18.

2 Mise en œuvre du protocole expérimental

Retard mesuré sur l’écran de l’oscilloscope :

Δt = 2,0 divisions.

Les réglages de l’oscilloscope (1 division correspond à 0,5 ms) nous permettent de calculer le retard :

Δt = 2 divisions = 1,0 ms.

Distance calculée :

2554816-Eqn19

3 Interprétation des résultats expérimentaux

Attention !

L’incertitude relative se calcule de la façon suivante :

2554816-Eqn21

Le résultat s’énonce sous la forme d’un pourcentage.

On calcule l’incertitude relative sur la mesure :

dref = 20,0 cm

Donc l’incertitude relative est égale à 2554816-Eqn20= 15 %.

Pour préciser la mesure, on peut :

améliorer la sensibilité de l’oscilloscope ;

utiliser un oscilloscope numérique pour davantage de précision ;

diminuer la distance entre le récepteur et l’émetteur ;

réaliser plusieurs mesures.