Travaux Pratiques de Physique UE PHY1004L : Bases de
publicité
UNIVERSITE CLAUDE BERNARD – LYON 1 L1 Licence Sciences et Technologies PORTAIL SVT Biochimie–Biologie–Sciences de la Terre et de l’Univers Travaux Pratiques de Physique UE PHY1004L : Bases de Physique pour les SVT Electricité : I. II. III. OSCILLO 1 : Oscilloscope cathodique 1 OSCILLO 1 : Oscilloscope cathodique 2 MESURES : Mesures électriques Optique : IV. V. VI. LENTILLE 1 : Lentille convergente et modèle d’œil LENTILLE 2 : Systèmes optiques DEVIATION : Mesures d’indices, déviation, réfractométrie, dispersion NOM DE L’ETUDIANT : SEQUENCE ET GROUPE : Informations importantes Tous les TPs doivent être préparés avant de venir en séance. Durant la séance vous effectuez les manipulations. A cette fin, vous trouverez les documents nécessaires sur SPIRAL CONNECT dans le module UE BASE DE PHYSIQUE POUR LES SCIENCES DE LA VIE ET DE LA TERRE/TOUS VOS DOCUMENTS/Public/DOCUMENTS TP. · Attention, lors des séances de TP, seuls des documents complémentaires abrégés seront mis à votre disposition sur les tables d’expériences. · Les enseignants qui encadrent votre séance de TP ont pour rôle de vous guider, de répondre à vos questions et de vous aider dans votre démarche de réflexion. · Pensez à venir avec une règle, un crayon papier, une gomme et une calculatrice (non programmable, comme pour les examens). · Important : tout expérimentateur donne toujours ses résultats avec une incertitude. Faites de même : dans chaque TP prenez l’habitude de donner vos mesures et calculs de valeurs avec une incertitude. Ce dernier point est important pour les CC-TP. · Vous êtes acteur de vos études et devez donc vous investir dans un travail personnel important. 2 I - TP OSCILLOSCOPE CATHODIQUE 1 : VISUALISATION DE SIGNAUX ELECTRIQUES L'oscilloscope est très certainement l’un des instruments les plus utiles à la disposition des scientifiques, aussi bien au laboratoire qu'à l'atelier. Son rôle consiste pour l'essentiel à tracer une courbe de tension (sur l'axe Y) évoluant dans le temps (sur l'axe X). Cette courbe peut être visualisée en temps réel, sur l'écran. On voit alors exactement ce qui se passe dans un condensateur (TP Oscillo 2) ou un circuit intégré, comme si on lui faisait passer une radiographie. Objectifs Le but de ce TP est de visualiser deux types de tension : une tension continue et une tension alternative. L’oscilloscope est un instrument de mesure qui permet de visualiser et de caractériser un signal électrique par des mesures de tension et de temps. Compétences à acquérir au cours de ce TP : • Branchement d’un oscilloscope pour des mesures de tension et notion de « masse ». • Réglage d’un oscilloscope. • Savoir reconnaître une tension continue d’une tension alternative. • Mesures des caractéristiques d’une tension alternative : amplitude, période et fréquence. Matériel • • • Un oscilloscope. Un générateur de tension continue E0 Un générateur basse fréquence (GBF) permettant de délivrer des tensions alternatives et/ou continues. Document à disposition (voir fichier « Sur Table TP Oscillo » sur Spiral connect) • « Utilisation d’un oscilloscope : généralités » (documentation sur l’oscilloscope) Figure 1 : Eléments de commande de l’oscilloscope Hameg HM400 utilisé au cours de ce TP. 3 I Réglages préliminaires Vous allez utiliser l’oscilloscope (Fig. 1) pour faire la totalité des manipulations demandées. Les étapes suivantes sont nécessaires pour une bonne utilisation de l’oscilloscope : • Allumer l’oscilloscope [1], qui est muni de deux entrées CH1 et CH2, donc de deux voies de mesures (CH signifie « channel », donc CH1 = voie 1 et CH2 = voie 2). • Aucun câble n’étant branché, appuyer sur les boutons [25] pour les deux voies (GND signifie « ground » donc les deux voies sont alors « mises à la masse »). • Repérer d’abord les boutons permettant les mesures de tension et constater qu’ils sont similaires pour les deux entrées CH1 et CH2 : o [14] est le bouton permettant de choisir le calibre en VOLTS/DIV, où 1 DIV = 1 division = 1 carreau, donc de choisir la sensibilité verticale de la mesure. Noter que la sensibilité de la mesure sera d’autant plus importante que l’on pourra choisir un petit calibre pour la réaliser. o [5] est le bouton permettant de choisir la position verticale du spot (ou trait lumineux). o [32] permet de sélectionner la voie que l’on souhaite observer (CH1 pour la voie 1, CH2 pour la voie 2, DUAL pour visualiser les deux voies en même temps). o TRIGGER permet de choisir la voie sur laquelle on va déclencher le signal d’entrée à mesurer : ‐ [16] permet de déclencher sur la voie 1 : en mode visualisation CH1 de [32] ce qui permet d’observer seulement la voie 1, ou en mode DUAL de [32] comme dans le TP Oscilloscope 2, ce qui permet d’observer les deux voies 1 et 2 en même temps, mais c’est le signal de la voie 1 qui impose la visualisation des deux signaux ; ‐ [17] permet de déclencher sur la voie 2 : en mode visualisation CH2 de [32] ce qui permet d’observer seulement la voie 2, ou en mode DUAL de [32] ce qui permet d’observer les deux voies 1 et 2 en même temps, mais c’est alors le signal de la voie 2 qui impose la visualisation des deux signaux ; ‐ [19] permet de déclencher sur un signal externe (ni la voie 1, ni la voie 2). ‐ [11] est le bouton SLOPE (pour pente) : permet de choisir le déclenchement de l’oscilloscope sur la pente montante ou sur la pente descendante du signal (TP Oscilloscope 2). Dans toute la suite du TP, on notera pour les deux voies : boutons [14] = calibre de tension (C1 et C2), et boutons [5] = position verticale du spot (P1 et P2). • Repérer à présent les boutons permettant les mesures de temps (un seul choix possible, donc si on est mode DUAL, les deux entrées CH1 et CH2 seront visualisées avec la même sensibilité en temps). o [15] est le bouton permettant de choisir le calibre de temps en TIME/DIV, où 1 DIV = 1 division = 1 carreau, donc de choisir la sensibilité horizontale (temporelle) de la mesure. Ces mesures de temps sont utiles pour déterminer une période, une fréquence ou un déphasage. o [13] est le bouton x‐position, permettant de déplacement horizontal du signal si nécessaire. Dans toute la suite du TP, on notera bouton [15] = calibre de temps (CT). • L’oscilloscope doit se calibrer automatiquement à l’allumage. Sinon, effectuer une brève pression sur les boutons VOLTS/DIV [14] et de calibre de la base de temps TIME/DIV [15] afin d’activer la fonction de vernier de réglage fin VAR, indiquée par le clignotement de la LED indicatrice de sensibilité autour du bouton. Tourner à fond les 3 boutons dans le sens inverse du sens trigonométrique jusqu’à entendre un « bip ». Une nouvelle pression rétablit la sensibilité calibrée, le clignotement s’arrête. Cette position est celle des mesures calibrées (c'est‐à‐dire 1 DIV = 1 cm correspond à 1 V sur les calibres C1 et C2 = 1 V/DIV et à 1 ms sur le calibre CT = 1 ms/DIV). • Avant toute manipulation, vérifier toujours le centrage vertical du spot (trait lumineux) sur la position 0 en appuyant sur le bouton [25] pour l’allumer (pour les deux voies 1 et 2) et modifier ce centrage si nécessaire avec le bouton [5]. Penser ensuite à éteindre le bouton [25]. • Vous devez alors observer un spot balayant l’écran de gauche à droite (éventuellement un trait lumineux). Si vous devez utiliser un autre oscilloscope vous devrez repérer ces mêmes fonctionnalités, présentes sur tout oscilloscope quel que soit son modèle. 4 II Visualisation et mesure d’une tension continue II.1 Observations Prélever sur le générateur de tension continue proposé (alimentation E0) la tension inconnue U délivrée entre la masse et la borne positive. Appliquer cette tension à la voie 1 de l’oscilloscope. Placer le bouton [24] en position éteinte (afin d’activer la fonction « alternatif et continu ») pour visualiser cette tension continue. L’étude complète des deux modes possibles associés au bouton [24] sera faite en partie III‐2. • Dans une première étape, placer le calibre [14] sur la position 5 V/DIV (on a toujours 1 DIV = 1 CARREAU = 1 cm). Observer le signal obtenu. Expliquer vos observations et mesurer la tension inconnue U. • Procéder comme précédemment mais en branchant l’alimentation sur la voie 2. Observer et conclure. II.2 Influence du calibre de tension (C1) Choisir la voie 1 de l’oscilloscope et faire varier les valeurs du calibre C1 [14] selon le tableau proposé. Effectuer la mesure des déviations D du signal sur l’écran et remplir le tableau ci‐après. Donner l’expression de la tension continue U en fonction de C1 et de D. U = L’incertitude absolue majorée ΔD affectant la mesure de D doit prendre en compte les différentes sources d’incertitudes : valeur de la plus petite graduation marquée sur l’écran, finesse du spot ou du trait, parallaxe d’observation et les incertitudes propres à l’appareil. A titre indicatif on peut prendre ΔD = 2 x 0,1 cm = 0,2 cm. L’incertitude absolue majorée ΔU provient uniquement de l’incertitude ΔD sur la mesure de D si l’on considère que l’incertitude sur le calibre C1 donnée par le constructeur est négligeable (ΔC1 ≈ 0). • Donner l’expression de ΔU sachant que ΔU/U = ΔC1/C1 + ΔD/D (voir cours) ΔU = Compléter le tableau ci‐après en calculant les incertitudes absolues ΔU (en volt) et les incertitudes relatives ΔU/U (en %) correspondant aux différents calibres (penser à ne garder qu’un chiffre significatif dans l’expression des incertitudes). C1 (ou C2) en V/div 20 V/div 10 V/div 2 V/div (D ± ΔD) en cm (U ± ΔU) en V ΔU/U = ΔD/D en % • Que faut‐il faire pour effectuer la mesure sur le calibre 2 V/div ? • Quel calibre donne la mesure la plus précise ? • En conclusion que faut‐il faire de façon générale pour effectuer une mesure avec la meilleure précision possible ? 5 Dorénavant on vous demandera d’écrire les calculs d’une mesure sous la forme : (Déviation ± incertitude) unité × C1 unité de C1 = (Grandeur à mesurer ± incertitude) unité Exemple : pour une déviation D = 2 cm et un calibre de 2V/cm, on écrira : U = + (2,0 ± 0,2) cm × 2 V/cm = +(4,0 ± 0,4) V Ecrire sous cette forme le résultat du tableau pour lequel la déviation D est maximale. € III Visualisation et mesure d’une tension alternative Informations sur le balayage du spot sur l’écran d’oscilloscope : Il y a déplacement du spot avant même tout branchement d’un signal de tension : l’oscilloscope fait passer le spot de la gauche à la droite de l’écran de manière répétitive. Ce mouvement selon l’axe horizontal, qui est l’axe des temps, est appelé balayage. L’échelle sur cet axe est choisie à l’aide du calibre de temps CT en s/cm, en ms/cm ou en µs/cm (bouton [15]), qui sélectionne la vitesse de balayage, donc le temps de balayage Tb, c'est‐à‐dire le temps que met le spot pour parcourir toute la largeur de l’écran (les 10 divisions). La valeur de CT est l’inverse de la vitesse de balayage vb. III.1 Influence de la valeur du calibre en temps CT sur la visualisation du signal Prélever un signal alternatif sur le générateur de tension alternative (GBF) pour le visualiser sur la voie 1 de l’oscilloscope, en allumant le bouton [24] (activation de la fonction « alternatif » seule). Réglage du générateur : fixer la fréquence du générateur à ∼ 100 Hz avec la molette « Freq Adj ». A l’aide de l’oscilloscope, fixer l’amplitude du signal à 2 V à l’aide de la molette « AMPL ». • Faire varier la valeur de CT de la base de temps. Qu’observez‐vous ? Si nécessaire, varier le niveau de déclenchement à l’aide du bouton [10] « trigger level » pour mieux visualiser. • Quelle valeur de CT faut‐il choisir pour visualiser au maximum une période du signal alternatif ? Effectuer la mesure de la période T du signal et déterminer l’incertitude ΔT de mesure. En déduire la fréquence f de la tension observée ainsi que l’incertitude sur cette fréquence. L'incertitude Δf est donnée par : Δf = f x ΔT/T (voir cours). Penser à indiquer l’unité de f. f = ( ± ) III.2 Superposition d’une tension continue et d’une tension alternative On se propose dans cette partie de visualiser un signal plus général qui est la superposition d’une tension continue U0 et d’une tension alternative d’amplitude a et de période T. III.2.1 Rappels Sans composante continue, les trois sortes de tensions périodiques (triangle, sinusoïde, créneau) fournies par un générateur ont, au cours du temps t, des variations symétriques par rapport au niveau de référence de potentiel zéro. On a alors u(t+T/2)= ‐ u(t) et la valeur moyenne de ces tensions est nulle. Ajouter une composante continue revient à décaler cette valeur moyenne par rapport à la moyenne nulle c’est‐à‐dire par rapport à la position de la trace de balayage sans tension appliquée (cf. figures ci‐dessous). Tension alternative sinusoïdale Superposition de cette tension alternative sinusoïdale avec la tension continue U0 III.2.2 Manipulations Utiliser le générateur de tension pour préparer un signal comprenant : ‐ une composante alternative de période T = 1 ms et d’amplitude a = 2 V ‐ une composante continue U0 = 1 V (molette « offset » du générateur en position tirée) 6 Pour faire ce réglage, il est nécessaire de comprendre la fonction des sélecteurs d’entrée [24, 25]. • Appuyer sur le bouton [25] pour sélectionner la position 0 (masse) et revérifier le centrage du spot. Appuyer de nouveau sur [25] pour désactiver le mode « masse ». • Régler l’amplitude du générateur au minimum (on règle d’abord a ≈ 0). • Afin que la fonction « alternatif ET continu » soit activée, le bouton [24] doit être éteint. Régler alors le niveau moyen du signal visualisé à U0 = 1 V après avoir tiré la molette « offset » du générateur (laisser la molette en position tirée pour conserver la composante continue). • Régler l’amplitude a = 2 V (molette « AMPL » du générateur). Décrire vos observations quand vous passez de l’une à l’autre des positions avec les boutons [24] et [25]. A partir de ces observations, proposer une méthode pour déterminer la valeur de la composante continue d’un signal alternatif inconnu à caractériser. IV Etude d’un signal inconnu Vous savez maintenant utiliser un oscilloscope pour visualiser des signaux électriques. Vous devez maintenant être capable de déterminer avec la meilleure précision les caractéristiques d’une tension inconnue. Demander à un enseignant de préparer une tension inconnue à caractériser à l'aide de l'oscilloscope. Déterminer sa forme : Sa composante continue U0 (avec son signe) : Son amplitude a : Sa période T : Sa fréquence f : Représenter schématiquement ce signal en indiquant les axes et les différentes grandeurs U0, a, T. Faire vérifier votre tracé et vos résultats par votre enseignant. 7 II- TP OSCILLOSCOPE CATHODIQUE 2 : ETUDE DE LA CHARGE ET DE LA DECHARGE D’UN CONDENSATEUR Intérêt de l’étude pour le parcours SVT : Un axone est constitué d’une membrane cellulaire entourant un axoplasme. La membrane cellulaire peut être considérée comme un condensateur dont l’isolant est imparfait, ce qui est modélisé par l’introduction d’une résistance en parallèle sur le condensateur. Il existe donc un courant de fuite circulant à travers la membrane, qui se décharge avec une constante de temps τ = RC (voir cours et TD sur l’axone). L’influx nerveux circulant dans l’axone est donc lié aux propriétés électriques de ce dernier. Nous allons étudier ici la charge et la décharge d’un condensateur à travers une résistance. Objectifs Le but de ce TP est d’utiliser un oscilloscope pour comparer des signaux à l'entrée et à la sortie d'un bloc fonctionnel, ici un circuit RC, en s'assurant que ces signaux sont conformes à ceux attendus. L’idée est de pouvoir tester un montage complexe, en procédant bloc par bloc. Compétences à acquérir au cours de ce TP : • Etude de l’évolution au cours du temps de la charge et de la décharge d’un condensateur à travers une résistance. • Utilisation de l’oscilloscope pour visualiser et mesurer des tensions. • Utilisation de l’oscilloscope pour mesurer des temps. Matériels • • • • Un oscilloscope. Un générateur basse fréquence (GBF) permettant dans le cadre du TP de délivrer un échelon de tension, c’est‐à‐dire une tension ajustable carrée (0,+E) de fréquence variable. 3 condensateurs : 1 nF, 10 nF et 22 nF. 3 résistances : 10 kΩ, 50 kΩ et 100 kΩ. Document à disposition (voir fichier « Sur Table TP Oscillo » sur Spiral connect) • « Utilisation d’un oscilloscope : généralités » (documentation sur l’oscilloscope) 1. Montage expérimental et observations préliminaires Représenter sur le schéma ci‐dessous : • Les tensions uG(t) délivrée par le GBF, uC(t) aux bornes du condensateur et uR(t) aux bornes de la résistance. • Les branchements vers l’oscilloscope qui permettent de visualiser sur la voie 1 la tension uG et sur la voie 2 la tension uC. • Quelle relation peut‐on écrire entre uG, uC et uR ? Réaliser ce montage puis les branchements de l’oscilloscope. On prendra pour résistance R = 10 kΩ et pour le condensateur C = 10 nF. 8 Régler le GBF pour obtenir sur la voie 1 un échelon de tension entre 0 et 6V, de fréquence f ~ 500 Hz (signal crête à crête de tension E = 6 V, i.e. une tension alternative d’amplitude 3 V à laquelle on ajoute une tension continue de 3 V) comme indiqué sur le schéma ci‐contre. Visualiser maintenant sur l’oscilloscope à la fois la voie 1 et la voie 2 (mode DUAL et trigger CH1) et effectuer les réglages nécessaires (sur le GBF et sur l’oscilloscope) permettant d’observer au moins une charge et une décharge « complètes » du condensateur et l’amplitude la plus grande possible (utiliser le décalage du zéro). Représenter avec précision sur la grille d’oscilloscope ci‐dessous les courbes uG(t) et uC(t), en précisant les calibres C1, C2 et CT utilisés. • • Dans la phase de « charge », à quel élément électrique le GBF est‐il équivalent? Faire un schéma ci‐ dessous. On admet que lorsque le générateur délivre une tension nulle, les bornes du GBF sont court‐circuitées et que le condensateur se décharge dans la résistance R. A quel élément électrique le GBF est‐il équivalent dans cette phase de « décharge » ? Faire un schéma ci‐dessous. Schémas équivalents Charge du condensateur • Décharge du condensateur Quel est, à chaque instant t, le signe du courant i(t) ? Justifier. • La charge et la décharge du condensateur sont‐elles instantanées ? 9 • Quelles sont les tensions atteintes en fin de charge (umax) et de décharge (umin) ? • A votre avis, quels sont les paramètres qui peuvent avoir une influence sur la durée de la charge ou de la décharge ? 2. Mesure et étude de la charge du condensateur On se propose de mesurer la constante de temps τ1 de la charge du condensateur, c’est‐à‐dire la durée nécessaire pour que le condensateur initialement déchargé acquière 63% de sa valeur maximale, et de déterminer l’influence de différents paramètres sur la valeur de τ1. L’oscilloscope doit être en mode « slope » montant (déclenchement sur la pente positive du signal) ; synchroniser en AC sur la voie 1. • Déterminer la valeur uC(τ1) = 0,63 umax : 2.1 Technique de mesure du temps de charge On prendra pour résistance R = 10 kΩ et pour le condensateur C = 22 nF, avec f ∼ 100 Hz. Trouver les calibres de l’oscilloscope permettant de mesurer τ1 avec la meilleure précision possible et tracer le résultat obtenu sur la grille d’oscilloscope ci‐dessous. • Mesurer τ1 et son incertitude (voir le cours pour la détermination graphique de τ). 2.2 Influence de la tension de charge (E) sur le temps de charge • Mesurer τ1 (lecture directe sur l’écran de l’oscilloscope) pour 2 valeurs différentes de E. Ajuster l’amplitude de la tension alternative et la valeur de la tension continue (bouton offset) de façon à obtenir la tension créneau (0, +E) quand vous passez de 6 V à 2 V. E (V) 6 2 τ1 ± Δτ1 (préciser l’unité) • Conclure. 10 2.3 Influence de la résistance R sur le temps de charge Utiliser C = 10 nF et donner à R les deux valeurs indiquées en revenant à E = 6 V et f ∼ 100 Hz. R (kΩ) 10 100 τ1 ± Δτ1 (préciser l’unité) τ1/R (préciser l’unité) Conclure. • Qu’observerait‐on si on prenait R = 0 Ω ? • 2.4 Influence de la capacité C du condensateur Prendre R = 50 kΩ et changer la valeur du condensateur C en maintenant E = 6 V et f ∼ 100 Hz. C (nF) 1 22 τ1 ± Δτ1 (préciser l’unité) τ1/C (préciser l’unité) Conclure • 2.5 Comparaison à la théorie On peut montrer que la tension aux bornes du condensateur uc(t) au cours de sa charge à travers une résistance est une fonction du temps (voir cours) : Uc(t) = E (1 – exp(- t/RC)) (à t = 0, le condensateur est déchargé). Le produit RC a la dimension d’un temps car t/RC sans dimension. • Calculer uC(t) en fonction de E lorsque t = R x C. Comparer τ1 à RC. • • Est‐ce que ce résultat confirme vos observations expérimentales ? 3. Mesure et étude de la décharge du condensateur On se propose de mesurer la constante de temps τ2 pour la décharge du condensateur, c’est‐à‐dire la durée nécessaire pour que le condensateur initialement chargé atteigne 37% de sa valeur initiale, et de déterminer l’influence de différents paramètres sur la valeur de τ2. L’oscilloscope doit être en mode « slope » descendant (déclenchement sur la pente négative du signal) ; synchroniser en AC sur la voie 1. 3.1 Technique de mesure du temps de décharge Prendre une résistance R = 10 kΩ et une capacité C = 22 nF et maintenir E = 6 V et f ∼ 100 Hz. Trouver les calibres de l’oscilloscope permettant de mesurer τ2 avec la meilleure précision possible. Tracer le résultat obtenu sur la grille d’oscilloscope page suivante : 11 • Mesurer τ2 et son incertitude. 3.2 Influence de la résistance et de la capacité sur le temps de décharge du condensateur • • Mesurer τ2 dans les conditions imposées dans le tableau suivant avec E = 6 V et f ∼ 100 Hz. R (kΩ) 10 100 C (nF) 22 10 τ2 ± Δτ2 (préciser l’unité) RC (préciser l’unité) Comparer τ2 à RC 3.3 Comparaison à la théorie On peut montrer que la tension aux bornes du condensateur uc(t) au cours de sa décharge à travers une résistance R est une fonction du temps (voir cours) : Uc(t) = E exp(- t/RC) (à t = 0, le condensateur est chargé et sa tension vaut E). Le produit RC a la dimension d’un temps car t/RC sans dimension. • Calculer UC(t) en fonction de E lorsque t = R x C. • Que vaut τ2 ? • Comparer τ2 à τ1 pour les 2 couples RC du tableau et conclure. 12 III- TP MESURES ELECTRIQUES UTILISATION DES MULTIMETRES, LOI DE KIRCHHOFF, RESISTANCES INTERNES Un très grand nombre de mesures en physique, en chimie ou en sciences de la nature, tant dans le domaine de la recherche que dans le domaine industriel (biomédical, automobile, électronique…) se ramène à des mesures électriques, à savoir : mesures de différence de potentiel (tension) ou mesures de courant. À la fin de ce TP, vous devez pouvoir vous adapter rapidement à n’importe quel autre type de multimètres que ceux dont vous aurez pris connaissance ici. Objectifs Le but de ce TP est de savoir réaliser des montages électriques, en série ou en parallèle, et de mesurer leurs caractéristiques : tensions, courants et résistances. Compétences à acquérir au cours de ce TP : • Utilisation de multimètres analogiques et numériques. • Mesures de différence de potentiel. • Mesures de courants. • Mesures de résistances simples et variables. • Mise en évidence de la résistance interne d’appareils électriques : ampèremètre, générateur. Matériel • • • Un générateur de tension continue E. Un multimètre numérique et un multimètre à aiguille. Diverses résistances. Document à disposition • « Les appareils de mesure » (documentation sur les multimètres) FICHE DE PREPARATION AU TP : à faire avant la séance, voir Spiral connect MANIPULATIONS: Précautions : Tout montage d’un circuit doit être fait avec le générateur éteint. Pour toutes mesures, on commence par utiliser le calibre le plus élevé. Dans toutes les mesures qui vont suivre, ne pas oublier d’indiquer les unités. Les résultats seront présentés sous la forme usuelle : u = (…… ± ……) unité Mesure de u Δ u 1- Mesure de différences de potentiel (avec le multimètre numérique) On utilisera le générateur de tension continue de f.e.m. E (entre les sorties 0 et 2). • Proposer un schéma de montage pour que le générateur débite un courant continu (DC) dans les résistances R1 et R2 montées en série. • Réaliser le montage correspondant en s’assurant que l’interrupteur de générateur est en position « Arrêt ». 13 On veut mesurer à l’aide du voltmètre V les d.d.p. U1 (aux bornes de R1), U2 (aux bornes de R2) et UT (aux bornes de R1+R2) • Représenter ci‐dessous les schémas théoriques dans les 3 cas proposés avant tout montage pratique. • Réaliser chacun des trois montages. • Effectuer dans chaque cas la mesure des différences de potentiels U en notant le calibre utilisé. • Déterminer en outre l’incertitude absolue ΔU sur la lecture de U Rappel : Pour le multimètre numérique, ΔU = [(0,2/100) x valeur mesurée] + 1 digit (c.f. « Les appareils de mesure ») U1 = ; ΔU1 = U1 = ( … ± … ) … calibre : • • U2 = ; ΔU2 = U2 = ( … ± … ) … calibre : UT = ; ΔUT = UT = ( … ± … ) calibre : Le calibre choisi pour U2 est‐il judicieux ? Changer votre calibre pour justifier la réponse. Conclusion sur le choix du calibre et sur les valeurs des d.d.p. obtenues ? 2- Mesure de courant (avec le multimètre à aiguille Mx462) On utilisera le générateur de tension continue de f.e.m. E (entre les sorties 0 et 2). • • Proposer un schéma de montage pour que le générateur débite un courant continu (DC) dans les résistances R3 et R4 montées en parallèle. Réaliser le montage correspondant en s’assurant que l’interrupteur de générateur est en position « Arrêt ». On veut mesurer à l’aide de l’ampèremètre A les courants I3 (traversant R3), I4 (traversant R4) et I (fourni par le générateur). • Pour la mesure d’une intensité continue, donner - la position du sélecteur (lettre et couleur) : - l’échelle utilisée (reporter les sigles situés à droite et à gauche de l’échelle, leur couleur et les chiffres de début et fin d’échelle) : • Représenter page suivante les schémas théoriques dans les 3 cas proposés avant tout montage pratique. • Réaliser expérimentalement chacun des trois montages. • Effectuer dans chaque cas la mesure de I en notant le calibre utilisé ainsi que l’incertitude ΔI. Rappel : Pour le multimètre à aiguille, ΔI = (classe /100) x calibre (c.f. « Les appareils de mesure ») 14 I3 = ; ΔI3 = I3 = ( … ± … ) … calibre : I4 = ; ΔI4 = I4 = ( … ± … ) … calibre : I = ; ΔI = I = ( … ± … ) calibre : • Le calibre choisi pour I4 est‐il judicieux ? Changer de calibre pour justifier la réponse. • Conclusion sur le choix du calibre et sur les valeurs des courants obtenus ? 3- Mesure de résistances Mesurer les 2 résistances R1 et R2 à l’aide du multimètre à affichage numérique. Pour cela mettre le sélecteur de fonction sur la position ohmmètre (Ω). Rappel : Pour le multimètre numérique, ΔR = [(0,25/100) x valeur mesurée] + 1 digit (c.f. « Les appareils de mesure ») R1m = ( … ± … ) … R2m = ( … ± … ) … • Puis mesurer la résistance équivalente Req constituée par R1 et R2 montées en parallèle. Req = ( … ± … ) … • A partir de la loi de composition de deux résistances mises en parallèle donner l’expression littérale de Req en fonction de R1 et R2 et calculer sa valeur à partir de R1m et R2m : Req = • Cette loi est‐elle vérifiée expérimentalement ? • 4 Mise en évidence de la résistance interne d’un appareil. On utilisera le générateur de tension continue de f.e.m. E (entre les sorties 0 et 2). 4‐1 Détermination de la résistance interne d’un ampèremètre. R1 RR RR RR V • En déduire la résistance R1c calculée à partir de la loi d’Ohm, et comparer avec sa valeur R1m mesurée à l’ohmmètre. Pour la détermination de l’incertitude ΔR1c, utiliser la relation ΔR1c = R1c (ΔU/U+ΔI/I) R1c = ( … ± … ) … R1m = ( … ± … ) … • Faut‐il tenir compte de la résistance interne de l’ampèremètre ? (cf. « Les appareils de mesure ») A Effectuer le montage ci‐contre avec la résistance R1, en utilisant le multimètre numérique comme voltmètre et le multimètre à aiguille comme ampèremètre. On utilisera le calibre 10 mA pour la mesure du courant I • Mesurer U et I. U = ( … ± … ) … I = ( … ± … ) … 15 Passer au calibre 1 mA • Refaire les mesures précédentes (notées « ’ »), puis comparer à nouveau R’1c et R’1m. U’ = ( … ± … ) … I’ = ( … ± … ) … R’1c = ( … ± … ) … R’1m = ( … ± … ) … • Faut‐il tenir compte de la résistance interne de l’ampèremètre ? (cf. « Les appareils de mesure ») • Faire un schéma explicatif et montrer que la loi d’Ohm est effectivement vérifiée. 4‐2 Détermination de la résistance interne de l’alimentation Expérience : on utilise le générateur de tension continue de f.e.m. E (entre les sorties 0 et 2) et la plaquette contenant 3 résistances Ro = 10 kΩ, R’ = 3260 Ω et ro =2,5 Ω. • Mesurer directement, avec le multimètre numérique, la d.d.p. du générateur E (d.d.p. à vide) : E = ( … ± … ) … • Réaliser le montage de la figure suivante. R prendra successivement les valeurs de Ro, R’ et ro. • Mesurer la différence de potentiel U(R) aux bornes de R dans les trois cas, et la comparer avec E U(Ro) = ( … ± … ) … R E V U(R’) = ( … ± … ) … U(ro) = ( … ± … ) … Calcul de la résistance interne de l’alimentation Une alimentation possède toujours une résistance interne rg qui peut être plus ou moins grande selon sa constitution. Lorsque l’alimentation débite un courant, il y a donc une chute de tension interne qui fait que la f.e.m. disponible U n’est plus forcément la f.e.m. nominale E que l’on mesurerait « à vide ». Attention : que l’alimentation soit sous tension ou non, il est strictement interdit de mesurer directement sa résistance interne à l’aide d’un ohmmètre. On représente l’alimentation par le schéma équivalent ci‐après pour lequel les différents éléments sont : E la f.e.m. à vide, rg la résistance interne, et R une résistance branchée sur l’alimentation. • Exprimer le courant I circulant dans le circuit en fonction de E, rg et R. I = rg • Exprimer alors la tension U(R) aux bornes de R en fonction de E, rg, R. R U(R) U(R) = E • À quelle condition a‐t‐on U(R) = E ? • Expliquer alors pourquoi on mesure U(R0) = E alors que U (r0) ≠ E. • Donner l’expression de rg en fonction de E, R et U(R). rg = • En utilisant la valeur de U(ro) mesurée précédemment, calculer la valeur de la résistance interne rg. rg = … … • Conclusion : dans quelles conditions peut‐on dire que la d.d.p. aux bornes d’un générateur reste identique à sa valeur « à vide » lorsqu’elle débite dans une résistance R ? 16 IV- TP LENTILLES 1 – LENTILLE CONVERGENTE ET MODELE D’ŒIL Ce T.P. a été conçu dans sa première partie pour visualiser les trajets de faisceaux lumineux à travers une lentille mince convergente et étudier les caractéristiques de cette lentille. Dans la seconde partie on utilise un modèle d'œil dont le cristallin est une lentille convergente de courbure variable. Plan de manipulation Lentille convergente : détermination de distance focale ; caractérisation d’une image. L'œil : emmétrope, myope, hypermétrope. Vous disposez de deux objets (l’objet sera placé dans un porte-objet fixe) : ‐ une diapositive marquée « trou » qui servira d’objet ponctuel ou objet trou. ‐ une diapositive quadrillée marquée « mire » de quadrillage 4 mm de côté qui servira d’objet étendu (la flèche et les lettres grecques permettent de caractériser le sens). Vous disposez aussi d’une lentille convergente L1, de diamètre φ = 5 cm, et d’un écran gradué en mm. FICHE DE PREPARATION AU TP : à faire avant la séance, voir Spiral connect MANIPULATIONS: I Etude détaillée d’une lentille convergente a) Etude selon le faisceau réfracté En utilisant un objet ponctuel (objet trou) observer et représenter la forme du faisceau arrivant sur la lentille convergente pour un objet réel : mettre l’objet trou dans le porte-objet et placer la lentille L1 sur le banc optique 50 cm après l’objet. Attention l’objet n’est pas au 0 de la règle, faire le calcul. o Quelle est la nature (convergente ou divergente) du faisceau arrivant sur la lentille à partir de l’objet ? : o Disposer l'écran près de L1 et le déplacer vers l'extrémité du banc (on procède toujours ainsi : on place l'écran le plus près possible du système optique et on déplace l'écran jusqu'à l'extrémité du banc pour connaître entièrement le comportement du faisceau lumineux après le système). Observer et décrire les variations de la tache lumineuse obtenues par transparence sur l'écran au cours de ce déplacement. o Placer ensuite l’écran 10 cm après la lentille et noter le diamètre φ1 = ( ± φ 1 de la tache lumineuse sur l'écran : ) cm o Comparer φ 1 à φ et conclure sur l’effet d’une lentille convergente sur un faisceau initialement divergent. o En utilisant la valeur de φ1, représenter sur le schéma le faisceau lumineux à partir de l’objet trou placé à l’origine, en indiquant le sens de propagation de la lumière. Indiquer le point de convergence des rayons sortants de la lentille. Ce point A’ est l’image réelle, nette, de l’objet trou A. o Placer l'écran à cette position pour visualiser l’image A’. 17 b) Observation d’un objet à l'infini 1. Détermination des distances focales o Placer votre lentille convergente L1 sur un des bancs d’optique situés près des fenêtres et choisir l’objet le plus éloigné observable (le bâtiment Double Mixte). Déplacer l’écran vers vous jusqu’à obtenir l’image la plus nette de cet objet. Quel est le sens de cette image ? Le plan où se forme l’image d’un objet à l’infini (ou très éloigné en pratique) est le plan focal image et le point d’intersection de ce plan avec l’axe optique est le foyer image F’ de la lentille. La distance est la distance focale image (ou distance focale) de la lentille L1. A partir des positions mesurées, avec leurs incertitudes O1 = ( ± ) cm et F 1’ = ( ± ) cm, déduire la distance focale de la lentille L1 : Que vaut alors la distance focale objet de la lentille L1 ? O 1F1 = f1 = − O 1F1 ' = ( ± ) cm Rapporter ensuite votre lentille convergente L1 sur le banc initial. o 2. Nature de l'image o Placer maintenant la mire dans le porte-objet. La nature de l'image (réelle ou virtuelle) de l’objet mire est étudiée dans les deux cas suivants : - L'objet est situé entre le foyer objet et le centre optique de la lentille ( ) € - L'objet est situé 20 cm en amont du foyer objet de la lentille ( ) Remplir le tableau suivant (rappel : une image est réelle si on peut l’observer sur un o écran) : Peut-on visualiser l’image sur l'écran ? 2. Détermination de Nature de l'image ? Sens de l'image par Signe du rapport à l’objet ? grandissement γ ? à l’aide de la formule de conjugaison. o Utiliser l’objet « mire » et mettre la lentille convergente à 50 cm de l’objet. Chercher à l’aide de l’écran l’image de la mire (toujours en cherchant sur tout l'intervalle entre la lentille et l'extrémité du banc). Noter les positions de l’objet A, de la lentille O1 et de l’image A’, avec les incertitudes correspondantes. o A=( ) cm ± O1 = ( ± ) cm A’ = ( ) cm ± o Calculer, à partir des positions déterminées précédemment, les valeurs avec leurs incertitudes : = ( ± ) cm = ( ± ) cm o Calculer alors la distance focale à partir de la formule de conjugaison des lentilles minces (pour l’incertitude, voir fiche sur table ou sur spiral) : = ( ± ) cm o La vergence V1 de la lentille L1 est donnée sur votre table. En déduire la distance focale et son incertitude : V1 = ( ± )δ o Comparer les valeurs de = ( ± ) cm mesurées (voir fiche de préparation au TP spiral ou sur table). 18 II L’œil Vous avez à votre disposition : o Un modèle d’œil o Un objet « mire » o Une lampe de bureau flexible avec tête détachable o Une lampe fixée sur banc optique MANIPULER LE MODELE D’ŒIL AVEC PRECAUTIONS : IL EST TRES FRAGILE 1. Prise en main du modèle d’œil Le modèle d’œil est façonné en plastique et monté sur un support en bois. La longueur de l’œil peut être modifiée en déplaçant la paroi blanche (sclère ou sclérotique) à l’aide de la vis qui se trouve sur sa partie haute. Trois positions approximatives sont indiquées : M (myope), E (emmétrope), H (hypermétrope). o Installer l’œil sur le banc optique et vérifier que la sclère est en position « emmétrope E ». Le cristallin de l’œil est modélisé par une poche siliconée transparente reliée à une seringue, le tout contenant de l’eau (déjà pré-remplie, sinon demander à votre enseignant). A l’aide de la seringue, la forme du cristallin peut être modifiée afin de simuler l’accommodation de l’œil. o Décrire la forme du cristallin lorsque le piston de la seringue est enfoncé, puis retiré. o Conclure sur le changement du rayon de courbure de l’œil : La rétine de l’œil est modélisée par une carte blanche et rigide positionnée à l’arrière de la sclère. La rétine est amovible et sera toujours positionnée sur l’axe optique, de telle sorte que l’image soit centrée sur le point jaune. o Vérifier que la rétine est centrée en projetant l’image de la lampe sur banc sur le point jaune. c) Diffusion de la lumière par un objet Enfoncer légèrement le piston de la seringue pour bomber le cristallin et éteindre la lampe sur banc. o Placer votre main quelques dizaines de centimètres devant l’œil. Déplacer le modèle d’œil sur le banc optique. Est-ce que le modèle d’œil « voit » votre main ? Expliquer. o Illuminer votre main à l’aide de la lampe de bureau flexible. Déplacer le modèle d’œil afin d’obtenir une image nette de votre main sur la rétine. o Sur le dessin ci-dessus, tracer le cheminement de quelques rayons lumineux partant de la source lumineuse, passant par votre main et arrivant au modèle d’œil. o Est-ce que votre main et son image sont dans le même sens (endroit/envers) ? o Expliquer pourquoi votre main et son image sont de la même couleur. 19 d) Caractérisation de l’œil emmétrope L’amplitude dioptrique d’accommodation de l’œil quantifie la faculté qu’a l’œil de modifier sa vergence en déformant son cristallin sous l’action musculaire (phénomène d’accommodation) : en dioptries (δ = m-1) Lorsque l’œil est au repos, il n’accommode pas et voit nettement à une distance D, dite distance maximale de vision distincte. Pour un œil emmétrope, D est infini. Le point R, appelé Punctum Remotum, se situe sur l’axe optique à une distance D du sommet S de l’œil donc SR = −D ou encore D = SR . o€ Placer le modèle d’œil sur le banc € optique côté fenêtre. Régler le piston de la seringue afin d’obtenir une image nette de l’objet le plus éloigné sur la rétine (le bâtiment Double Mixte, considéré à l’infini, donc en R). Nous admettrons pour le reste du TP qu’il est physiquement impossible pour le modèle d’œil de se relâcher davantage : c’est la position au repos, donc sans accommodation. o Noter la graduation de la seringue associée à la position « repos » du piston (placer un marqueur élastique si nécessaire) : « repos » = ( ± ) ml o Ramener ensuite le modèle d’œil sur votre banc. Lorsque l’œil accommode au maximum, il voit nettement à une distance d, dite minimum de vision distincte. Pour un œil emmétrope, d = 25 cm. Le point P, appelé Punctum Proximum, se situe sur l’axe optique à la distance d du sommet S de l’œil, donc SP = −d ou encore d = SP . o Placer l’objet mire dans son support et allumer la lampe du banc. Placer le modèle d’œil pour qu’il y ait une distance de 25 cm entre son sommet S et l’objet mire. € afin d’obtenir une image nette de la mire sur la rétine. o Régler le piston de la seringue € Nous admettrons pour le reste du TP qu’il est physiquement impossible pour le modèle d’œil d’accommoder davantage. o Noter la graduation de la seringue associée à la position « accommodation maximale » du piston (placer un marqueur élastique si nécessaire) : « accommodation maximale » = ( ± ) ml o Calculer l’amplitude dioptrique d’accommodation A de l’œil emmétrope : e) Etude de l’œil myope Le cristallin de l’œil myope est trop convergent ou la profondeur de son globe oculaire est trop grande. De fait, l’image d’un objet à l’infini se forme en amont de la rétine car R n’est plus à l’infini. 20 A l’aide de la lentille L1, vous allez fabriquer une image intermédiaire A’1B’1 à l’infini. Cette image sera vue par le modèle d’œil comme s'il s'agissait d'un objet intermédiaire à l'infini. Dans la suite, il suffira de déplacer la lentille pour considérer des objets à distance finie pour l’œil, en modifiant la distance « objet intermédiaire - modèle d’œil ». o Placer la mire dans son support. Noter la position de l’objet mire A : A=( ± ) cm o On veut placer la lentille L1 de telle sorte qu’elle rejette l’image de la mire à l’infini. Pour cela, l’objet mire doit se trouver dans le plan focal objet de la lentille (en F1). En utilisant la valeur théorique de la distance focale et noter sa valeur : de la lentille obtenue à partir de sa vergence V1, déduire la position de la lentille O1 =( ± ) cm donc O1 = ( ± ) cm o Placer le modèle d’œil pour que son sommet S soit à la graduation 80 cm sur le banc. o Vérifier, avec le modèle d’œil en position « emmétrope » et le piston en position « repos » (graduation ou marqueur), que vous obtenez bien une image nette de la mire sur la rétine. o Placer la sclère du modèle d’œil en position « myope». Maintenir le piston en position « repos ». Centrer la rétine. o Est-il possible d’obtenir une image nette de la mire sur la rétine en faisant accommoder le modèle d’œil ? Nous admettons toujours qu’il n’est physiquement pas possible pour le modèle d’œil d’accommoder au-delà des positions « repos » et « accommodation maximale » définies préalablement. o Conclusion : l’œil myope peut-il accommoder afin d’avoir une vision nette de loin ? Nous allons maintenant diminuer la distance D entre l’objet intermédiaire A1’B1’ et le modèle d’œil. o Maintenir toujours le piston en position « repos ». 21 o Rapprocher L1 de l’objet mire jusqu’à en obtenir une image nette sur la rétine du modèle d’œil. L’objet intermédiaire A1’B1’ se trouve désormais à une distance finie du modèle d’œil. Noter la nouvelle position de L1 : Donc : O 1 A = ( O1 = ) cm ± o Appliquer la formule de conjugaison à la lentille L1 afin de déterminer la distance entre la lentille et l’image intermédiaire que regarde l’œil, ainsi que son incertitude. € ( ± ) cm o Relever la distance entre la lentille L1 et le sommet S du modèle d’œil : ( ± ) cm o En déduire la distance maximale de vision distincte D = SR de cet œil myope (avec ): D= La distance minimale de vision distincte, d, de l’œil est également affectée par la myopie. € o Enlever la lentille du banc optique. Placer le piston en position « accommodation maximale » et rapprocher le modèle d’œil de l’objet mire afin d’obtenir son image nette sur la rétine. o Noter la position du sommet S du modèle d’œil : S=( ± ) cm. Donc : o En déduire la distance minimale de vision distincte d = SP de cet œil myope : d = o Calculer l’amplitude dioptrique d’accommodation A de cet œil myope. € o Comparer cette valeur avec celle trouvée pour l’œil emmétrope. f) Etude de l’œil hypermétrope Le cristallin de l’œil hypermétrope n’est pas assez convergent ou la profondeur de son globe oculaire est trop petite. Le Punctum Remotum R est virtuel et situé derrière l’œil. o Placer la sclère du modèle d’œil en position « hypermétrope». Centrer la rétine. o Maintenir le piston en position « accommodation maximale » et déplacer le modèle d’œil afin d’obtenir une image nette de la mire sur la rétine. o Noter la position du sommet S du modèle d’œil : S=( ± ) cm. Donc : o En déduire la distance minimum de vision distincte, d = SP de cet œil hypermétrope : d = Au contraire d’un œil myope, l’œil hypermétrope peut accommoder afin de voir net au loin. o Replacer la lentille L1 de telle sorte que l’image de la mire se trouve de nouveau rejetée à l’infini (comme € pour l’étude de l’œil myope) et noter sa position : O1 = ( ± ) cm o Régler le piston de la seringue afin d’obtenir une image nette de la mire sur la rétine du modèle d’œil, tout en respectant les limitations physiques de votre modèle d’œil. Noter la position « accommodation minimale » du piston : « accommodation minimale » = ( ± ) ml o Comparer cette valeur avec celles des positions « repos » et « accommodation maximale ». En fait, l’œil hypermétrope doit accommoder pour voir net de loin comme pour la vision de près. Cet effort permanent fatigue l’œil et provoque fréquemment des maux de tête. 22 V‐ TP LENTILLES 2 – SYSTEMES OPTIQUES Dans ce TP nous étudions deux instruments d'optique permettant d'obtenir une image agrandie : une lunette de Galilée, avec l’objet très éloigné ; un microscope, avec l’objet très proche. Contrairement aux instruments où l'image réelle est destinée à être acquise (sur une pellicule ou un capteur), les instruments destinés à être utilisés directement par un observateur doivent donner une image finale virtuelle, si possible à l'infini (l'œil emmétrope, ou amétrope corrigé, est en principe capable de voir sans accommoder, donc sans fatigue, les faisceaux provenant d’un objet à l'infini). Schématiquement, ces instruments qui donnent une image finale très agrandie sont formés grâce à l'association de deux lentilles. La première (l’objectif) sert à obtenir une image intermédiaire, la seconde (l’oculaire) forme une image finale à l'infini observable confortablement par l’utilisateur. Plan de manipulation Association d’une lentille convergente et d’une lentille divergente : la lunette de Galilée Association de deux lentilles convergentes : le microscope simplifié et le microscope commercial FICHE DE PREPARATION AU TP : à faire avant la séance, voir Spiral connect MANIPULATIONS: I La lunette de Galilée 1. Principe et schéma Une lunette de Galilée sert à observer des images définitives à l'infini droites et grossies d'objets très éloignés (considérés à l’infini). Comme on observe à travers le système, on considère que l’image définitive est virtuelle. L'objectif est une lentille convergente qui donne une image intermédiaire A1B1 réelle et renversée dans son plan focal image. On observe A1B1 à l'aide d'un oculaire constitué par une lentille divergente qui en donne une image définitive virtuelle, redressée et grossie. Lorsque l’image intermédiaire A1B1 est placée au foyer objet de l'oculaire, l'image définitive se trouve à l'infini. Ici, les points F'obj et Foc sont confondus : on dit alors que la lunette est afocale, c’est-à-dire que l’image d’un objet à l’infini donnée par l’instrument est elle aussi à l’infini. 2. Réalisation d'une lunette de Galilée Le montage est effectué sur un petit banc d'optique placé à côté des fenêtres : l'objet (le bâtiment Double Mixte) est considéré comme étant à l'infini ( ). Vous avez à votre disposition deux lentilles A et B. En les touchant (exceptionnellement !) donnez-en le descriptif, dessinez-les et déduire la nature de chaque lentille : 23 o La lentille convergente étant fixe et placée le plus près possible de la fenêtre, chercher l’image nette du Double Mixte. Relever la position de la lentille convergente, la position de son foyer image et en déduire sa distance focale : OC = ( ± ) cm FC’ = ( ± ) cm = ( ± ) cm On veut placer la lentille divergente de vergence VD = - 20 δ, de manière à ce que son foyer objet FD soit confondu avec le foyer image F’C de la lentille convergente. o Calculer la distance focale de la lentille divergente et déduire la position à laquelle on doit la placer : = ( ± ) cm OD = ( ± ) cm o Calculer la valeur théorique à partir des distances focales des deux lentilles : = A.N. : =( ± ) cm o Complétez la phrase suivante : en justifiant où se trouve l’image définitive. o Regarder à travers l'instrument ainsi formé en plaçant l'œil le plus près possible de la lentille divergente (oculaire) et en déplaçant légèrement cette dernière, si cela est nécessaire. On doit alors voir nettement la verrière du « Double Mixte ». o Noter la nouvelle position de la lentille divergente : OD = ( ± ) cm o Mesurer la nouvelle distance , la comparer à la valeur calculée précédemment et conclure. = ( ± ) cm o Calculer le grossissement G de la lunette, donné par : G = α ' A1 B1 O C FC' O C FC' = × = dans les α O D FD A1 B1 O D FD conditions de Gauss : G = o En vous aidant du schéma de principe de la page précédente, faire ci-dessous un schéma de l'instrument en admettant que l'image définitive se trouve à l'infini. € • La lentille convergente étant déjà positionnée sur le schéma, positionnez la lentille divergente en respectant les valeurs des distances focales mesurées (pas les positions sur le banc). • Tracez ensuite l’image intermédiaire et l’image définitive d’un objet situé à l’infini (rayon faiblement incliné par rapport à l’axe de la lunette). • Construire également sur ce schéma la marche d'un faisceau lumineux incident de rayons parallèles faiblement inclinés par rapport à l'axe de la lunette. 24 II Le microscope simplifié 1. Principe et schéma On associe deux lentilles convergentes. La 1ère lentille (objectif) donne de l'objet (proche du foyer objet de l'objectif) une image intermédiaire réelle agrandie A1B1 ; la seconde lentille (oculaire) donne de A1B1 une image définitive A'B' virtuelle et agrandie (si possible à l'infini pour le confort de l'observation). N.B. : En réalité, dans les microscopes, l'objectif et l'oculaire sont eux-mêmes constitués de plusieurs lentilles épaisses. o La puissance P du microscope est donnée par : où γ obj est le grandissement de l’objectif et Poc est la puissance de l’oculaire. o La puissance intrinsèque (obtenue lorsque l'image définitive se trouve à l'infini) peut également se mettre sous la forme : en dioptries δ, avec en mètres. est l’intervalle optique : c'est la distance entre le foyer image de l'objectif et le foyer objet de l'oculaire. Il est constant pour un instrument donné. o Le grossissement G du microscope est donné par : où dmin est la distance minimale de vision distincte (pour un œil emmétrope dmin = 0,25 m). 2. Réalisation d'un microscope sur banc optique Relever sur vos tables les vergences des lentilles L1 et L3. En déduire les distances focales associées. V1 = = V3 = = L1 (l'oculaire) va être utilisé pour obtenir une image définitive A’B’ (en principe à l'infini) d'une image intermédiaire A1B1 agrandie donnée par L3 (l’objectif). a) Réglage de l’objectif L3 Placer l’écran à la graduation 140 cm et positionner L3 de manière à obtenir une image agrandie de la mire (c’est l’image intermédiaire du système optique). Bloquer la lentille sur le banc et noter sa position : O3 = ( ± ) cm Calculer le grandissement de l’objectif (L3) : γ obj = γ 3 = 25 o Positionnement de l’oculaire L1 Enlever l'écran et placer sur le banc la lentille L1 avec précision par rapport à L3 à l'aide de la barre prévue à cet effet, qui permet de fixer la distance entre les deux lentilles. Noter la position de O1 et en déduire la position de son foyer objet F1 : O1 = ( ± ) cm F1 = ( ± ) cm o En comparant les positions de A1 et de F1, dire quelle sera la nature de l’image définitive. Dans le cas où l’image définitive est à l’infini, on montre que o Quelle est, dans ce cas, la puissance intrinsèque de votre microscope (en dioptries) ? Votre microscope est prêt, vous pouvez regarder à travers l'oculaire (mettre la luminosité sur min). o Intervalle optique La barre permet de fixer la distance entre les deux lentilles, et donc également l'intervalle optique que l'on déterminera : Δ = o En déduire la puissance intrinsèque (en dioptries) et le grossissement commercial. Comparer avec la valeur de Pi obtenue précédemment. o Position du cercle oculaire L'intérêt du cercle oculaire est que tous les rayons passés par la première lentille (objectif) passent par le cercle oculaire : il n’y a pas de perte d’information. o Chercher, en vous servant de l'écran, la position du cercle oculaire, qui est l'image de l'objectif L3 donnée par l'oculaire L1 : attention ici on cherche l'image par L1 de la lentille L3, c'est-à-dire de son support physique. Pour cela L3 doit devenir un objet lumineux pour L1 : il faut donc éclairer le support de L3 avec la lampe de bureau (vous pouvez éteindre l'autre source lumineuse pour éviter les images parasites). Noter la position de l'écran, qui correspond à la position du cercle oculaire : Cercle = o Placer le diaphragme dans le plan du cercle oculaire et regarder au travers : l’observation de l’image donnée par le microscope doit être maintenant facilitée. o En conclusion, indiquer pourquoi la position du cercle oculaire correspond à l'endroit où l'observateur doit placer son œil. o Tracé du schéma de principe d’un microscope Attention : on ne vous demande pas de le reproduire ici, mais vous devrez être capable pour l’examen de TP de tracer un schéma de principe du microscope donnant une image définitive à l’infini, en commençant par placer l’image intermédiaire A1B1 au foyer objet de l’oculaire (cf. schéma B-1 et TD). 26 III Le microscope commercial 1. Présentation et caractérisation ATTENTION : LES MICROSCOPES ET LES LAMELLES SONT FRAGILES. MERCI DE LES MANIPULER AVEC PRECAUTION ! o Les objectifs : Vous avez 3 objectifs à votre disposition, de grandissements respectifs x4, x10 et x40. Vous pouvez repérer la valeur du grandissement en vous reportant à la nomenclature de l’objectif : o L’oculaire : Sur votre oculaire figure l’inscription x10, correspondant à la valeur de son grossissement Goc = 10. Dans le tableau suivant, indiquez la puissance du microscope en fonction de l’objectif utilisé : γ obj Poc = 4Goc Pmicroscope = γ obj Poc L’oculaire est muni de graduations espacées de 100 µm permettant de mesurer la taille de l’image intermédiaire A1B1. Connaissant le grandissement γobj de l’objectif utilisé, il est ensuite possible de retrouver la taille réelle de l’objet AB. Observation d’un échantillon au microscope avec un oculaire gradué o Méthode de réglage de la mise au point : 1. Placer la lamelle à observer sur la platine du microscope, sélectionner l’objectif de plus faible grandissement et allumer l’éclairage du microscope. En vous servant de la vis de réglage de mise au point sur le côté de l’instrument, approcher au maximum la lamelle de l’objectif (sans la casser !). 2. A l’aide des vis de déplacement de la platine, centrer la zone à observer sous l’objectif. 27 3. Regarder à travers l’oculaire et éloigner progressivement la lamelle à l’aide de la vis de réglage de la mise au point, jusqu’à l’apparition d’une image nette. 4. Régler l’éclairage et le diaphragme pour améliorer contraste et résolution. 5. Sélectionner ensuite, si besoin, un objectif de plus fort grandissement en faisant tourner (délicatement) la roue supportant les différents objectifs. o Méthode de réglage de l’éclairage : Afin d’ajuster l’intensité de l’éclairage il faut utiliser la molette de réglage et non pas l’ouverture du diaphragme. Celui-ci sert en effet à obtenir une meilleure résolution et un meilleur contraste de l’image. En fonction de l’objectif utilisé, il faudra trouver l’ouverture optimale du diaphragme permettant la meilleure observation possible. 2. Observation de l’objet « mire » En utilisant l’objectif de grandissement x4, observer au microscope la diapositive mire. Comparer la qualité d’image avec ce que vous aviez obtenu à l’aide de votre microscope simplifié (netteté, résolution, confort de vision). 3. Observation de cellules de peau Des lamelles d’observation sont à votre disposition dans la boîte. Vous allez observer des cellules de peau humaine, en utilisant successivement les objectifs de grandissement x4, x10 et x40 et en optimisant à chaque fois l’ouverture du diaphragme et l’intensité d’éclairage pour obtenir les meilleures conditions d’observation possibles. o Une fois la mise au point réalisée avec l’objectif x4, diaphragme complètement ouvert, réduire l’ouverture du diaphragme tout en augmentant progressivement l’intensité. Qu’observez-vous ? o Quelle ouverture de diaphragme permet la meilleure observation ? o Faire de même avec l’objectif de grandissement x10 et noter vos observations o Faire de même avec l’objectif de grandissement x40 et noter vos observations 4. Observation de cellules sanguines et mesure de tailles Replacer l’échantillon de peau dans la boîte et choisir une lamelle contenant des cellules de sang humain. Lors du changement d’échantillon, il faut toujours recommencer les réglages de mise au point avec l’objectif de plus faible grandissement (ici x4), puis utiliser des objectifs de grandissement de plus en plus élevé jusqu’à obtenir une observation confortable. Ne pas oublier non plus d’optimiser l’ouverture du diaphragme pour chaque objectif utilisé. Quel objectif devez-vous utiliser pour mesurer la taille d’une cellule ? Indiquer : γ obj = A l’aide de l’oculaire gradué mesurer alors la taille de l’image intermédiaire A1B1 : A1B1 = En déduire la taille d’une cellule sanguine : AB = EN FIN DE MANIP, REPLACER LA MIRE SUR LE BANC OPTIQUE,LES LAMELLES DANS LA BOITE, ET REMETTRE SA HOUSSE SUR VOTRE MICROSCOPE 28 VI‐ TP DEVIATION : MESURES D’INDICES, DEVIATION, REFRACTOMETRIE, DISPERSION Au cours de ce TP vous allez étudier la propagation d’un rayonnement monochromatique à travers un prisme, déterminer l’indice de réfraction d’un matériau par la méthode du minimum de déviation, apprendre à utiliser un réfractomètre d'Abbe et vérifier le phénomène de dispersion de la lumière à travers un prisme. Plan de manipulation Mesure d’indices de réfraction : méthode du minimum de déviation de la lumière par un prisme, utilisation d’un réfractomètre d’Abbe, dispersion de la lumière par un prisme FICHE DE PREPARATION AU TP : à faire avant la séance, voir Spiral connect MANIPULATIONS : I MATERIEL DISPONIBLE - un LASER donnant un faisceau parallèle de lumière rouge monochromatique et dont la longueur d’onde vaut λ = 632,8 nm - une lampe à vapeur de mercure Hg - une lampe à incandescence - un prisme creux pouvant être rempli de liquide, d’angle A opposé à la face qui a été obturée. Cet angle A vaut 60° = (60 x π)/180 radians et l’incertitude ΔA est négligeable vis-à-vis de toutes les autres incertitudes intervenant dans les mesures. - un goniomètre dont l'optique d’entrée comporte une fente réglable située au foyer objet d’un collimateur qui donne un faisceau de lumière parallèle pour éclairer le prisme. - une plate-forme tournante sur laquelle vous disposerez le prisme utilisé de façon à ce que (si possible) l’arête correspondant à l’angle A soit au centre de la plateforme, partageant ainsi le faisceau incident issu du collimateur en un faisceau direct non dévié et un faisceau se réfractant à travers le prisme. Ces deux faisceaux sont reçus sur un écran de projection que l’on peut déplacer sur un banc optique. Celui a été fixé de manière à être perpendiculaire au faisceau non dévié. Le banc se trouve à une distance L (dont la valeur est indiquée sur le schéma qui se trouve sur vos tables) du centre de la plate-forme. - un réfractomètre d'Abbe avec un verre de calibration, ainsi que le matériel nécessaire pour l'utiliser et le nettoyer, et un flacon de solution sucrée. II EXPLICATION DU MONTAGE EXPERIMENTAL P P’ S’ Fente S S Collimateur A - Figure 1 - Ecran L’objet lumineux est une fente de largeur variable, parallèle à l’arête du prisme, éclairée par une source de lumière. Cette fente S sera placée légèrement avant le foyer F de la lentille du collimateur : on aura ainsi un faisceau de lumière légèrement convergent (Fig.1). Dans ce cas, au minimum de déviation, une image nette de la fente S se formera sur un écran situé au-delà du prisme. 29 III DEVIATION DE LA LUMIERE PAR UN PRISME On utilisera comme source lumineuse le laser émettant un rayonnement rouge monochromatique de longueur d’onde λ = 632,8 nm. (ATTENTION À NE JAMAIS PLACER L’ŒIL DANS L’AXE DU FAISCEAU ET À NE JAMAIS UTILISER LA LUNETTE AVEC LE LASER) ATTENTION NE PAS PLACER L’OEIL DANS L’AXE DU FAISCEAU LASER 1. Réglages préliminaires Allumer le laser. En l’absence du prisme, le faisceau issu du laser doit, après la traversée de la fente et du collimateur, atteindre le repère B (Fig. 2) perpendiculairement au plan de l’écran (afin de calculer aisément l’angle de déviation). Pour cela, placer l’écran de projection sur le banc optique, aligner le repère sur le faisceau et noter la position du point B (en pratique, l’index de l’écran mobile est décalé par rapport à B, mais ce décalage sera le même pour toutes vos mesures). 2. Conditions d’émergence Placer le prisme creux rempli de solution sucrée sur la plate-forme. En principe, son arête doit coïncider avec l’axe de rotation de la plate-forme (sur la Fig. 2, le faisceau incident a volontairement été éloigné de l’arête du prisme pour des raisons de clarté). En pratique, il faut faire en sorte que le prisme soit bien placé en équilibre au centre de la plate-forme (le point K n’est donc pas forcément aligné avec le point A). En déplaçant une feuille de papier à proximité du prisme, identifier les différents faisceaux de la Fig. 2 : (1) faisceau réfléchi sur la face d’entrée, (2) faisceau émergeant (s’il y a émergence) qui arrive sur l’écran en C, (3) faisceau émergeant après une ou plusieurs réflexions internes. Figure 2 En tournant la plate-forme, donc en faisant varier l’angle d’incidence, observer le déplacement du point C et constater l’existence d’un minimum de déviation Dm. 3. Mesure de l’indice de réfraction d'une solution sucrée par la méthode du minimum de déviation Pour mesurer l'indice de la solution sucrée, utiliser le prisme creux rempli de liquide. La distance L à utiliser est celle jusqu’au banc optique gradué en face de vous (voir fichier sur vos paillasses). Pour mesurer le minimum de déviation, placer le prisme pour projeter le faisceau sur l'écran situé sur le banc optique. Faire ensuite tourner la plate-forme de manière à obtenir exactement le minimum de déviation Dm : le point C est alors le plus près possible du point B. BC L’écran est perpendiculaire au rayon SI, donc le triangle KBC est rectangle et on a : tan D m = KB Mesure de KB En plaçant l’arête A du prisme au centre de la plate-forme, le point I se trouve très près du point A et le point K est pratiquement confondu avec le point A. S’il n’a pas été possible de placer A au centre de la € plate-forme, ceci peut augmenter ΔL de 0,5 cm par rapport à la valeur indiquée sur le fichier. 30 On a donc directement : KB = L L ± ΔL = ( soit ± ) Mesure de BC Mesurer sur le banc optique la position xnd du faisceau non dévié avec son incertitude Δxnd, en tenant compte de l’incertitude de lecture et de l’incertitude liée à la dimension de l’image du spot laser sur l’écran. xnd = ( ± ) Déterminer ensuite la position xd sur le banc optique du minimum de déviation, d’angle Dm, en faisant tourner la plate-forme. Quelle est son incertitude Δxd en tenant compte de tous les paramètres qui influent sur la mesure ? xd = ( ± ) En déduire , la distance sur le banc optique séparant la position du faisceau non dévié de la position du minimum de déviation trouvée, et estimer son incertitude Δ. ± Δ = ( BC =xnd - xd soit ± ) Calcul de Dm Calculer tan Dm = / L et en déduire Dm Donner tan Dm et Dm avec 6 chiffres après la virgule. Le nombre définitif de chiffres significatifs sera fonction de l’incertitude ΔDm. tan Dm = / L = Dm = Calcul de l’incertitude Δ Dm En utilisant le calcul différentiel on démontre que : ΔD m = ΔDm = Dm = ( LΔl + lΔL L2 + l 2 où ΔDm est en radian Donner ici le résultat obtenu majoré avec 2 chiffres significatifs ± ) € € Calcul de n pour la radiation rouge λ = 632,8 nm On rappelle que l’angle au sommet A du prisme est A = 60° n n’a pas d’unité. A + Dm sin Ecrire le résultat avec 6 chiffres après la virgule. Le 2 n= = nombre définitif de chiffres significatifs sera A fonction de l’incertitude obtenue Δn. sin 2 Calcul de l’incertitude Δn € L’incertitude ΔA étant négligeable par rapport à ΔDm, on démontre que : Δn = Δn = n A + Dm tan 2 ⋅ ΔDm 2 Donner ici le résultat obtenu majoré avec 2 chiffres significatifs Finalement, avec la méthode du minimum de déviation : € incertitude ↓ nD = ± ↑ valeur de n jusqu’au dernier chiffre de l’ordre de grandeur de Δn arrondi au chiffre supérieur par majoration des erreurs (si n = 1,492756 et Δn = 0,0033, on écrit n = 1,493 ± 0,004) 31 4. Mesure de l’indice de réfraction d'une solution sucrée avec le réfractomètre d’Abbe Sur vos paillasses, vous trouverez une description des différents éléments du réfractomètre. 4.1. Découverte du réfractomètre : réglage de l'éclairage des échelles de l'oculaire Placer la lampe de bureau derrière le réfractomètre, légèrement à gauche et éclairer le réfractomètre avec un faisceau à environ 30° (de façon à ne pas être ébloui par un éclairage direct). Regarder dans l'oculaire et tourner la fenêtre H pour avoir une bonne luminosité dans la fenêtre du bas (fenêtre de lecture). Regarder à travers le viseur (A) et ajuster le réglage de l'oculaire pour que les échelles apparaissent nettes. 4.2. Mesure de l’indice de réfraction de la solution sucrée o Ouvrir le prisme auxiliaire du réfractomètre (M) en déverrouillant délicatement avec la molette (P). o On dispose d’une fiole contenant la même solution sucrée que celle contenue dans le prisme pour la partie III-3. Déposer une seule goutte de cette solution au centre du prisme principal (K). Refermer le prisme auxiliaire et verrouiller délicatement avec la molette (P). o Ouvrir le clapet (N) et fermer le miroir (J). o En regardant à travers le viseur (A), tourner lentement le bouton de réglage (F), en restant proche de la valeur de l’indice mesuré en III-3, jusqu'à ce que la frontière entre la zone claire et la zone sombre apparaisse dans le champ visuel de réfraction. Il est possible qu'elle soit colorée et manque de clarté. Dans ce cas, tourner le bouton de réglage (C) pour faire apparaître une séparation très nette. Si la zone claire ne l'est pas assez par rapport à la zone sombre, il peut être nécessaire de changer la position de la lampe de bureau pour bien éclairer l'échantillon. o Pour finir, faire une dernière correction en tournant le bouton de réglage (F), afin de superposer la croix du viseur sur la frontière claire/sombre. o Lire maintenant directement l'indice de réfraction sur l'échelle inférieure : nR = o Quelle est son incertitude ? o Donner le résultat sous la forme usuelle nR = ( ± ) o Comparer cet indice nR mesuré avec le réfractomètre à celui nD trouvé avec la méthode du minimum du déviation dans la partie III-3 (voir fiche préparation TP sur spiral pour comparer 2 mesures). Les deux valeurs sont-elles compatibles ? L'échelle supérieure (dite « échelle de Brix », servant à mesurer en degrés Brix (oB) la fraction de saccharose dans un liquide, c'est-à-dire le pourcentage de matière sèche soluble) permet aussi d'accéder directement au pourcentage de saccharose. o Donner le pourcentage de sucre (saccharose) de cette solution. À la fin des mesures, nettoyez le prisme, sans le rayer, avec une lingette propre imbibée d’une solution alcoolisée. IV DISPERSION DE LA LUMIERE PAR LE PRISME En réalité, à chaque radiation correspond un indice de réfraction n. Ainsi l’indice calculé en III-3 correspond à la radiation monochromatique rouge du LASER de longueur d’onde λ = 632,8 nm. Si le faisceau incident est polychromatique, la déviation (qui dépend de l’indice n) ne sera pas la même pour toutes les radiations qui le constituent : il y a dispersion de la lumière. On aura sur l’écran autant d’images de la fente, appelées raies, qu’il y a de radiations incidentes, puisque la position de l’image dépend de la valeur de l’indice n. 32 L’ensemble des raies constitue le spectre. Si les raies sont bien séparées les unes des autres on parle d’un spectre discret de lumière. Si elles se suivent de façon continue on parle d’un spectre continu. Nous allons étudier le phénomène de dispersion d’abord à l’aide de la lampe à vapeur de mercure, puis avec la lampe à incandescence. 1. Observation des raies Pour cette partie qualitative, on travaillera avec l’écran mural plutôt qu’avec l’écran mobile. o Positionner la lampe à vapeur de mercure (elle est placée dans une boite noire) juste devant la fente. o En l’absence de prisme et afin de préparer la partie 2, amener le repère B de l’écran sur banc optique au niveau de l’image de la fente. S’assurer que cette image est nette et fine. o Placer ensuite le prisme rempli d’eau sucrée sur la plate-forme. Eventuellement, modifier légèrement la position de la lampe pour avoir le maximum d’intensité lumineuse sur l’écran mural. o À l’aide de la lunette associée au goniomètre (rappel : ne jamais utiliser la lunette avec le LASER), observer un maximum de raies parmi les 7 raies données dans le tableau ci-dessous, dont un doublet (il est possible que certains collimateurs ne permettent pas d’observer les raies). o Observer maintenant les raies sur l’écran mural et noter leur couleur dans le tableau. Raie λ (nm) Couleur à travers la lunette 1 et 1bis 2 3 4 5 6 577,0 et 579,0 546,1 491,6 435,8 407,8 404,6 Doublet Jaune (intense) Vert (intense) Bleu-vert (peu intense) Indigo (très intense) Violet (peu intense) Violet (moyennement intense) Observation à la lunette (oui/non) Couleur sur l’écran mural Constater que sur l’écran, au delà des raies violettes, on observe aussi d’autres raies qui ont une couleur bleu pâle. Elles seront étudiées dans la partie IV-3. Pour une position fixée du prisme (qui définit donc un angle d’incidence), constater que la déviation (donc l’indice n) augmente quand on passe du jaune au violet (donc quand la longueur d’onde λ décroît). 2. Mesure de l’indice de réfraction n pour la raie intense indigo Pour cette partie mesure, on utilise de nouveau l’écran sur le banc optique. Votre mesure sera reportée dans le tableau suivant, en y ajoutant les résultats obtenus en III-3 avec le laser. Chercher le minimum de déviation pour la radiation indigo très intense et mesurer la position du minimum de déviation sur l’écran positionné sur le banc optique. Calculer ensuite l’indice de réfraction n associé en procédant comme pour le rayonnement laser. On aura toujours L = KB. Vérifier sur le banc optique la position xnd du faisceau non dévié et déterminer ensuite la position xd du minimum de déviation, d’angle Dm, en faisant tourner la plate-forme. xnd = ( ± ) cm et xd = ( ± ) cm En déduire = BC = xnd - xd , la distance sur le banc optique séparant la position du faisceau non dévié de la position du minimum de déviation trouvée. Calculer tan Dm = / L, en déduire Dm, puis la valeur de n. Pour le calcul de Dm et de n pour la raie indigo, garder suffisamment de chiffres sur vos résultats intermédiaires pour limiter les pertes de précision, mais on ne demande pas le calcul de ΔDm ni celui de Δn. On admet que les précisions sur Dm et n sont les mêmes que celles calculées pour le rayonnement rouge du LASER en III-3, ce qui impose le nombre de chiffres significatifs à conserver pour noter les valeurs de Dm et n dans le tableau suivant. Couleur λ (nm) Rouge (LASER) 632,8 Indigo (très intense) 435,8 L (cm) =xnd - xd(cm) Dm (rad) n(λ) 33 Conclure sur la variation de n avec la longueur d’onde λ du rayonnement. 3. Fluorescence La limite inférieure de longueur d’onde correspondant au domaine visible se situe au voisinage de 400 nm (violet). Pourtant, au delà des raies violettes correspondant aux radiations 407,8 et 404,6 nm identifiées précédemment, vous avez observé sur l’écran mural d’autres raies, bleues pâles, de faible intensité. À quel domaine spectral appartiennent les radiations qui se manifestent par ces images ? Pour vérifier votre réponse, réaliser les deux opérations suivantes : o Placer sur le porte-filtre fixé à la sortie du collimateur le filtre 2C (ne pas interposer le filtre entre la lampe et la fente). Ce filtre laisse passer la lumière visible et arrête le rayonnement ultraviolet. Noter les différentes raies observées sur l’écran mural et leur couleur : o Placer maintenant le filtre 2C près de votre œil et observer l’écran. Noter les différentes raies observées et leur couleur : o Que peut-on conclure sur le domaine spectral des différentes raies ? o Quel est le phénomène qui apparaît ici ? 4. Lumière blanche Sur un des quatre montages de la salle, et en présence de votre enseignant, remplacer la lampe à vapeur de mercure par la lampe à incandescence. Élargir la fente et regarder sur l’écran l’étalement des couleurs donné par le prisme : on observe un spectre continu. Historiquement on a identifié 7 couleurs (dites principales) dans l'arc-en-ciel. Noter dans l'ordre les différentes couleurs obtenues. On remarquera que le spectre ne contient pas toutes les couleurs primaires (rouge, vert et bleu) et secondaires (jaune, magenta, cyan) de l'optique. Identifier la couleur qui n'apparaît pas. 34
