Tensions à l`oscilloscope
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FICHE 1 Fiche à destination des enseignants 3ème P9 TENSIONS A L’OSCILLOSCOPE Type d'activité Programme Activité TICE Connaissances La fréquence d’une tension périodique et son unité, le Hertz (Hz), dans le Système International (SI) Relation entre la période et la fréquence Capacités Mesurer sur un oscilloscope la valeur maximale et la période Commentaires sur l’exercice proposé Pré-requis Socle commun de connaissances et de compétences [Pilier 3] Décrire le comportement d’une grandeur Mesurer (lire une mesure, estimer la précision d’une mesure, optimiser les conditions de mesure) Calculer, utiliser une formule [Pilier 4] Créer, produire, traiter, exploiter des données : Différencier une situation simulée ou modélisée d'une situation réelle Cette activité illustre la rubrique : B- Energie électrique et circuits en « alternatif » » « L’oscilloscope et/ou l’interface d’acquisition, instrument de mesures de tension et de durée » du programme de la classe de Troisième. Par le biais d’exercices d’entraînement, l'élève s’adapte à un logiciel informatique de simulation d’un oscilloscope. Pour le professeur, un choix parmi les exercices proposés est possible en fonction du travail réalisé préalablement dans les classes. Dans un deuxième temps, l’élève peut être évalué sur la lecture de plusieurs oscillogrammes (activité 3ème P9 « Simulation d’oscilloscope »). Le logiciel utiliser s’appelle OSCILLO, créer par SERGE LAGIER et disponible à l’adresse suivante : http://www.sciences-edu.net/. L’installation du logiciel a été réalisée poste par poste (Dans le fichier LisezMoi.rtf, l’auteur indique cependant comment installer le logiciel sur un réseau.) Notions de tension alternative périodique, de valeur maximale, de période et de fréquence. Lecture d’un oscillogramme. Conditions de mise en œuvre Remarques Séance d’entraînement : Durée : environ 55 minutes Les élèves sont placés seuls ou par deux sur les ordinateurs. Ils sont alors guidés par le professeur pour ouvrir le logiciel « oscillo » préalablement installé. En utilisant la fiche de présentation du logiciel et l’écran de l’ordinateur projeté par le vidéoprojecteur, le professeur présente l’interface avec la position des différents boutons de l’oscilloscope. Les élèves répondent aux questions des exercices d’entraînement en travaillant en autonomie. Pour chaque exercice, trois objectifs sont visés : Régler l’oscilloscope pour visualiser correctement la tension fournie par le générateur TBF ; Mesurer la valeur maximale et la période ; Calculer la fréquence (en la comparant ensuite avec la valeur fournie par le générateur). Remarque : En fin de séance, les élèves ont répondu en moyenne aux exercices 1 et 2 voire 3. Les exercices d’entraînement et les exemples d’évaluation qui n’ont pas été réalisés peuvent être poursuivis en dehors des heures de cours au CDI. Entre la séance d’entraînement et la séance d’évaluation, il est possible d’étudier la valeur efficace d’une tension alternative périodique sinusoïdale en utilisant ce logiciel (avec la fonction multimètre). Ceci permet aux élèves de réaliser individuellement les mesures de valeurs maximales et efficaces mais aussi de continuer à les familiariser avec le logiciel. Cette séance peut être suivie d’une évaluation à l’aide du sujet 3ème P10 « Simulation d’un oscilloscope ». FICHE 2 Texte à distribuer aux élèves : séance d’entraînement 3ème P 9 TENSIONS A L’OSCILLOSCOPE I. Présentation du simulateur « oscillo » Présentation générale du simulateur Permet de visualiser le générateur TBF Permet de visualiser le générateur de tension continue Bouton marche /arrêt Ecran : - En rouge, la courbe sur la borne YA - En vert, la courbe sur la borne YB Bouton de sensibilité horizontale Présentation du simulateur du générateur TBF (appelé ici GBF) Boutons de réglage de la fréquence Boutons de réglage de l’allure du signal : sinusoïdale ; carrée ; Triangulaire. Bouton de réglage de la valeur maximale Présentation du simulateur du générateur de tension continue Bouton marche/arrêt Boutons de réglage de la valeur de la tension continue II. Exercices Partie A : Question 1 Faire apparaître le générateur TBF en cliquant sur le bouton qui permet de le visualiser. Question 2 Simuler le branchement des fils sur les bornes de l’oscilloscope (la borne rouge YA et la borne noire) et sur les deux bornes du générateur TBF en cliquant sur chaque borne l’une après l’autre (les fils apparaissent au fur et à mesure). Question 3 Noter la valeur de la fréquence indiquée par le générateur : f = ………………. Question 4 Simuler l’allumage de l’oscilloscope en appuyant sur le bouton marche/arrêt. 4.1. En utilisant le bouton de SENSIBILITE VERTICALE, modifier la courbe rouge de façon à ce qu’elle apparaisse en entier verticalement sur l’écran et qu’elle soit la plus grande possible sur l’axe vertical. Noter le réglage du bouton de sensibilité verticale de la courbe rouge : ………..…… La valeur maximale est Umax = …….. 4.2. En utilisant les boutons de SENSIBILITE HORIZONTALE, modifier la courbe rouge de façon à visualiser au moins deux motifs élémentaires. Noter le réglage du bouton de sensibilité horizontale de la courbe rouge : ………..…… En déduire la valeur de la période : T = ………….…… Calculer la valeur de la fréquence en expliquant le raisonnement suivi : Question 5 Comparer la valeur de fréquence calculée précédemment avec la valeur de fréquence indiquée par le générateur TBF : ……………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………… Partie B : Question 1 Faire apparaître le générateur TBF en cliquant sur le bouton qui permet de le visualiser (Voir présentation générale du simulateur). Question 2 Régler la fréquence du générateur sur une valeur d’environ 5 kHz et tourner le bouton d’amplitude sur une position au hasard. Noter la valeur de la fréquence indiquées par le générateur : f = ………………. Question 3 Simuler le branchement des fils sur les bornes de l’oscilloscope (la borne rouge YA et la borne noire) et sur les deux bornes du générateur TBF en cliquant sur chaque borne l’une après l’autre (les fils apparaissent au fur et à mesure). Question 4 Simuler l’allumage de l’oscilloscope en appuyant sur le bouton marche/arrêt. 4.1. En utilisant le bouton de SENSIBILITE VERTICALE, modifier la courbe rouge de façon à ce qu’elle apparaisse en entier verticalement sur l’écran et soit la plus grande possible sur l’axe vertical. Noter le réglage du bouton de sensibilité verticale de la courbe rouge : ………..…… La valeur maximale est Umax = …….. 4.2. En utilisant les boutons de SENSIBILITE HORIZONTALE, modifier la courbe rouge de façon à visualiser au moins deux motifs élémentaires. Noter le réglage du bouton de sensibilité horizontale de la courbe rouge : ………..…… En déduire la valeur de la période : T = ………….…… Calculer la valeur de la fréquence en expliquant le raisonnement suivi : (RAPPEL : 1s = 1 000 000 μs) Question 5 Comparer la valeur de fréquence calculée précédemment avec la valeur de fréquence indiquée par le générateur TBF : ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… Partie C : Question 1 Faire apparaître le générateur TBF en cliquant sur le bouton qui permet de le visualiser. Question 2 Régler la fréquence du générateur sur une valeur d’environ 100 kHz et tourner le bouton d’amplitude sur une position au hasard. Noter la valeur de la fréquence indiquées par le générateur : f = ………………. Question 3 Simuler le branchement des fils sur les bornes de l’oscilloscope (la borne rouge YA et la borne noire) et sur les 2 bornes du générateur TBF en cliquant sur chaque borne l’une après l’autre (les fils apparaissent au fur et à mesure). Question 4 Simuler l’allumage de l’oscilloscope en appuyant sur le bouton marche/arrêt. 4.1. En utilisant le bouton de SENSIBILITE VERTICALE, modifier la courbe rouge de façon à ce qu’elle apparaisse en entier verticalement sur l’écran et soit la plus grande possible sur l’axe vertical. Noter le réglage du bouton de sensibilité verticale de la courbe rouge : ………..…… La valeur maximale est Umax = …….. 4.2. En utilisant les boutons de SENSIBILITE HORIZONTALE, modifier la courbe rouge de façon à visualiser au moins deux motifs élémentaires. Noter le réglage du bouton de sensibilité horizontale de la courbe rouge : ………..…… En déduire la valeur de la période : T = ………….…… Calculer la valeur de la fréquence en expliquant le raisonnement suivi : (RAPPEL : 1s = 1 000 000 μs) Question 5 Comparer la valeur de fréquence calculée précédemment avec la valeur de fréquence indiquée par le générateur TBF : …………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… Partie D : Question 1 Faire apparaître le générateur de tension continue en cliquant sur le bouton qui permet de le visualiser. Question 2 Simuler l’allumage le générateur en appuyant sur le bouton marche arrêt. Simuler le branchement des fils sur les bornes de l’oscilloscope (la borne rouge YA et la borne noir) ET sur les deux bornes +15V et COM du générateur. Régler le générateur sur une tension de 7 V. Question 3 Allumer l’oscilloscope en appuyant sur le bouton marche/arrêt. 3.1. En utilisant le bouton de SENSIBILITE VERTICALE, modifier la courbe rouge de façon à ce que la courbe apparaisse la plus grande sur l’axe vertical. 3.2. En utilisant les boutons de SENSIBILITE HORIZONTALE, modifier la courbe rouge de façon à ce qu’elle apparaisse comme une ligne (qui ne clignote pas). Noter le réglage du bouton de sensibilité verticale de la courbe rouge : ………..…… La valeur maximale est U = …….. Question 4 Comparer la valeur de la tension mesurée avec la valeur de la tension indiquée par le générateur de tension continue : ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… Partie E : Exercice d’entraînement à l’évaluation Question 1 Dans le menu Fichier, cliquer sur mode évalué. Question 2 Entrer son nom, son prénom et sa classe. Cliquer sur Ok. Question 3 Dans la fenêtre qui s’ouvre, cliquer sur un des fichiers parmi les 5 proposés puis sur ouvrir. Question 4 Répondre aux questions de l’évaluation. ATTENTION : L’évaluation porte sur deux courbes (en rouge et en vert) visualisées en même temps sur l’écran. NE PAS OUBLIER : de brancher le fil sur la borne YB (en vert) pour visualiser sur l’écran la courbe verte. de répondre aux questions portant sur les 2 courbes. A la fin de cette évaluation, il est possible de recommencer une autre évaluation avec un autre fichier (Question 3.) ou de se mettre en mode entraînement (mode libre).
