TRAVAUX PRATIQUES DE PHYSIQUE en 2ème année
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TRAVAUX PRATIQUES DE PHYSIQUE en 2ème année Cette étude expérimentale comporte deux volets : les expériences de cours, les séances de travaux pratiques (T.P.). Les expériences de cours, réalisées en classe, concernent : la propagation par onde et les ondes stationnaires avec une corde tendue, les interférences et la diffraction au moyen de la cuve à onde, les interférences et la diffraction avec un laser, l’interféromètre de MICHELSON, la polarisation de la lumière, l’induction électromagnétique, les propriétés des ondes électromagnétiques. Les séances de travaux pratiques se répartissent en 3 séries comprenant des T.P. classiques et des T.P.-Cours. Comme en première année : • les T.P. classiques permettent à l’étudiant de manipuler, de manière relativement autonome, à partir d’un texte transmis au moins 8 jours avant la séance. Ils nécessitent une préparation écrite préalable. • les T.P.-Cours se réalisent sous la direction du professeur et/ou de l’assistant. L’étudiant alterne entre étude théorique et illustration expérimentale. Ces T.P.-Cours peuvent faire l’objet de questions lors d’un devoir surveillé, d’une interrogation orale ou d’un partiel. Dans les deux cas, l'étudiant doit prendre des notes de façon autonome sur un cahier de TP qu'il pourra consulter lors des examens pratiques. La première série est à dominante électronique. A la fin de cette première série, un contrôle pratique individuel permet de vérifier le savoir faire expérimental. La deuxième série concerne l’optique ondulatoire. A la fin de cette série a lieu un contrôle théorique. La troisième série traite des phénomènes d’interférences et de diffraction ainsi que du phénomène d’induction électromagnétique. Un contrôle pratique individuel permet de vérifier le savoir faire expérimental acquis lors de cette troisième série. SÉRIE 1 1. Modélisation de Quadripôles L’objectif est de mesurer les grandeurs caractéristiques, d’entrée et de sortie, d’un quadripôle et de remettre en pratique des techniques expérimentales simples (observation d’une intensité sur écran d’oscillographe, mesures avec des grandeurs sinusoïdales, division de tension, compensation d’une réactance). 2. Diodes et redressement L'objectif est l'étude de la diode (mesure de tensions de seuil pour différents types de diodes et tracé d'une caractéristique) et son utilisation dans le montage de la diode sans seuil et dans les montages de redressement simple et double alternance. On utilise enfin une diode Zéner pour stabiliser le signal redressé obtenu. 3. FILTRES ET OSCILLATEURS On étudie ici le filtre passe-bande dit « pont de Wien » de large bande passante. On lui associe ensuite un montage amplificateur non inverseur, ce qui permet d’obtenir un filtre beaucoup plus sélectif te de même fréquence de résonance. On réalise enfin, à partir de ce même montage, un montage oscillateur : il suffit d’annuler la tension d’entrée du montage précédent pour obtenir une tension de sortie d efréauence égale à celle du pont de Wien. 4. Modulation et démodulation d'amplitude (T.P.-Cours) Quelques étudiants ont étudié la modulation-démodulation d’amplitude dans le cadre de la spécialité physique de terminale. En utilisant leur savoir faire il est possible de faire découvrir, à tout étudiant, cette modulation d’amplitude (par multiplieur puis par diode) ainsi que la démodulation par détecteur de crête. L’étudiant complète sa connaissance d’un oscillographe numérique avec l’analyse spectrale des signaux. Il y a aussi la possibilité de capter une station de radio. SÉRIE 2 1. Réseaux de diffraction (T.P.-Cours) Retour sur le goniomètre découvert en première année avec un prisme. L’étudiant reprend, afin de bien les mémoriser, les réglages à l’infini de l’appareil et la recherche du minimum de déviation. L’utilisation du réseau permet de constater la multiplicité des spectres et l’inversion de déviation des teintes par rapport au prisme. L’étude des longueurs d’onde du spectre d’émission d’une « lampe » spectrale permet d’étalonner l’appareil afin de mesurer l’écart en longueur d’onde d’un doublet dans les meilleures conditions possibles. L’utilisation de divers réseaux, avec un laser, permet de mesurer le pas pour différents ordres. Un exercice complète ce travail par une approche du pouvoir de résolution. 2. Production et analyse de lumière polarisée (TP-cours) Dans le cadre de la chimie l’étudiant utilise la modification du plan de polarisation soit pour identifier des isomères soit pour doser une substance optiquement active. Ce T.P.-Cours permet de découvrir quelques moyens de produire la polarisation (rectiligne, circulaire ou elliptique) d’une lumière monochromatique et de vérifier la loi de MALUS. C’est aussi l’occasion de quitter les milieux isotropes pour aborder la biréfringence de lames à faces parallèles (quart d’onde, demi onde ou d’effet inconnu) taillées perpendiculairement à l’axe optique. On applique enfin la méthode de la « lame quart d’onde » à la mesure de la différence des deux indices d’une lame de méca. SÉRIE 3 1. Induction électromagnétique Après avoir découvert le phénomène d’induction électromagnétique par des expériences quantitatives, l’étudiant mesure l’inductance propre d’un solénoïde par 3 méthodes différentes. On étudie ensuite l’inductance mutuelle d’une paire de bobines de transformateur démontable. 2. Diffraction puis Interférences non localisées d'ondes lumineuses Ayant vu, en cours, quelques expériences, de diffraction et d’interférences non localisées avec un laser, l’étudiant peut observer par lui même le phénomène : • de diffraction par diverses fines fentes ou par une ouverture circulaire, • d’interférences non localisées avec des dispositifs de division de front d’onde (biprisme de FRESNEL), • de diffraction et d’interférences non localisées avec les bifentes d’YOUNG. Bien sûr, les résultats obtenus sont comparés à ceux déduits de l’étude théorique en tenant compte des incertitudes expérimentales. Pour cela l’utilisation d’un capteur CCD et un traitement informatisé permet à l’étudiant de confronter théorie et pratique. 3. Interféromètre de MICHELSON et Interférences localisées Ayant découvert cet appareil en cours et ayant noté ses principaux réglages, l’étudiant doit maintenant réaliser, lui même, le réglage de la compensatrice puis celui de l’interféromètre en lame d’air à faces parallèles et en coin d’air. L’utilisation d’un laser permet d’aborder ces réglages qui seront ensuite affinés avec une « lampe » spectrale afin d’utiliser l’appareil en lumière blanche et d’obtenir le contact optique. L’étudiant maîtrisant bien les réglages de l’interféromètre pourra ainsi : • déterminer une longueur d’onde inconnue, • mesurer l’écart de longueur d’onde du doublet jaune du sodium, • l’indice d’une lame mince à faces parallèles, • la longueur d’onde d’un filtre interférentiel. • la bande passante d’un filtre (passe-bande)
