Thème : Comprendre, lois et modèles
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Thème : Observer, ondes et particules Type de ressources : Enoncé de travaux pratiques pour élèves. Notions et contenus : La détection d’ondes sonores et lumineuses. Compétence travaillée ou évaluée : La démarche expérimentale Nature de l’activité : Activité expérimentale Résumé (en 5 lignes au plus) : Comprendre le fonctionnement d’un microphone électrodynamique à partir d’observations expérimentales autour d’un aimant et d’une bobine. Comprendre le fonctionnement d’un lecteur de code-barres à partir d’observations expérimentales autour d’une DEL et d’un phototransistor. Mots clefs : Détecteur d’onde, onde sonore, onde lumineuse, microphone, lecteur code-barres. Académie où a été produite la ressource : académie de Strasbourg. Deux détecteurs d'onde : le microphone et le lecteur code-barres. I. Un détecteur d’onde sonore : Le microphone électromagnétique. 1- Onde sonore. 2- Membrane. 3 – Bobine. 4- Aimant. 5- Signal électrique. a- Quel est le rôle d'un microphone ? b- Quelle est le rôle de la membrane d'un microphone ? c- Proposer un protocole expérimental permettant de montrer que la fréquence d'une onde sonore est conservée par le signal électrique. Vous réaliserez le protocole et commenterez vos résultats. Idée de manipulation : Attacher une bobine à un ressort, le tout fixé sur une potence. La bobine pourra alors osciller devant un aimant. Mesurer à l'aide d'un chronomètre la période et donc la fréquence propre d'oscillation du système bobine-aimant. Brancher les deux bornes de la bobine à une interface d'acquisition, enregistrer le signal électrique oscillant et mesurer sa période et donc sa fréquence. Commentaire : les résultats obtenus sont très bons ( - de 1% d'écart entre les deux mesures ). Proposer un protocole expérimental permettant de montrer que l'amplitude du signal électrique est proportionnelle à l'intensité sonore. Vous réaliserez le protocole et commenterez vos résultats. Idée de manipulation : Créer de petites oscillations de la bobine simulant une faible intensité sonore, réaliser l'acquisition de la tension aux bornes de la bobine. Refaire l'acquisition avec une amplitude d'oscillations plus grande. Commentaire : l'amplitude de la tension électrique augmente bien quand l'amplitude des oscillations augmente. II. Un détecteur d’onde lumineuse : le lecteur code-barres. Un code-barres est une bande où apparaissent en alternance des bandes noires et des bandes blanches. De plus les bandes blanches et les bandes noires ne sont pas forcément de la même largeur, comme sur l’exemple ci-contre : Un lecteur code-barres doit donc être capable de distinguer les bandes blanches des bandes noires ainsi que les largeurs de ces bandes. Le principe d’un code-barres peut être modélisé par le circuit suivant : Ce circuit nécessite une DEL, c'est-à-dire une diode électroluminescente, et un phototransistor, c'est-à-dire un dipôle dont les propriétés électriques vont varier selon la lumière qu’il va recevoir. a- Identifier la DEL et le phototransistor sur le circuit précédent. b- Vous avez à votre disposition une bande noire et une bande transparente que vous pouvez faire glisser entre les deux parties du circuit. Réaliser le circuit. Mesurer la tension aux bornes du conducteur ohmique dans le cas de la bande noire puis dans le cas de la bande transparente. Quel est le rôle de la DEL dans le circuit ? Quel est le rôle du phototransistor ? c- Au cours d’un TP un code-barres a été lu par ce circuit. Voici la courbe obtenue : Mais par malchance, l’élève qui a fait l’enregistrement ne sait plus de quel code-barre il s’agissait : Code-barres n°1 Code-barres n°2 : Code-barres n°3 : Attribuer le bon code-barres à la courbe obtenue expérimentalement. Vous justifierez votre choix. d- Vérifier la justesse de votre choix en réalisant la courbe d’acquisition pour votre codebarres. Commentaires : Selon le niveau de la classe, les circuits pourront être déjà faits, ce qui est intéressant dans ce TP sera le lien entre lumière transmise/absorbée et courant/absence de courant dans le circuit du phototransistor. L’acquisition pourra se faire avec l’interface Sysam, préalablement réglée : voie EA0, acquis temporel, 500 points pour une durée totale de 10s, sans aucune source de déclenchement.
