Niveau Bac Pro

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Exemple de situation d’évaluation

Niveau Bac Pro

Proposé par Gilles LERAN – Lycée Saint-Exupéry - TOULOUSE

Thèmes du programme : HS4 - T5

Capacités

Déterminer expérimentalement le foyer image d’une lentille convergente et sa distance focale

Déterminer expérimentalement la valeur de la force de poussée d’Archimède

Connaissances

Connaître les éléments remarquables d’une lentille mince convergente (axe optique, centre optique O,

foyer principal objet F, foyer principal image F’, distance focale) et le symbole d’une lentille convergente.

Connaître les conditions de flottabilité d’un matériau.

Connaître les conditions d’équilibre d’un corps flottant.

Attitudes

- sens de l’observation

- imagination raisonnée

- rigueur et précision

- esprit critique

- respect des règles de sécurité

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Présentation du contexte de l’expérimentation

Immersion d’un système optique

Ferdinand veut essayer de fabriquer un système optique qu’il pourrait adapter sur l’appareil photographique

étanche qu’il utilise en plongée. Pour cela, il a commandé des lentilles convergentes repérées par les symboles ①

et ② de vergences C1 = 20  et C2 = 8 . Avant de se lancer dans le montage dans un boitier qu’il a fabriqué, il

souhaite vérifier la vergence des lentilles qu’il a reçues. On rappelle que la relation liant la distance focale d’une

lentille à sa vergence est donnée par la relation : C = Error! où C est la vergence en dioptries et f la distance

focale en mètres.

Il veut également déterminer le poids que devra avoir le système optique pour qu’il soit parfaitement équilibré

lorsqu’il sera totalement immergé dans de l’eau de mer (masse volumique 1035 kg/m3). Pour l’étude de la

flottabilité du boitier dans l’eau, on utilisera un objet cylindrique qui servira de modèle, de même volume que le

système optique de Ferdinand.

Partie A : Les lentilles achetées ont-elles la vergence annoncée par le constructeur ?

A.1. Montrer que la distance focale de la lentille ① est 5 cm si la vergence annoncée par le fabricant est

respectée.

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A.2. Calculer la distance focale de la lentille ② si la vergence annoncée par le fabricant est respectée.

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A.3. On dispose du matériel suivant

 un banc optique

 un écran

 un générateur 6/12 V

 une lampe 12 V

 un support de lentille

 un miroir

 un demi-cylindre en plexiglas

 un générateur de fréquences

 des fils de connexion

 un « objet lumineux »

Proposer, en utilisant une partie de ce matériel, un protocole expérimental qui permette de vérifier la

valeur de la vergence d’une des lentilles reçues.

Schéma du montage :

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A.4. Réaliser le montage validé par le professeur et procéder aux réglages nécessaires à la vérification de la

vergence de la lentille ①. Noter les résultats de l’observation ci-dessous.

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A.5. Conclure en utilisant les résultats précédents sur le respect de la vergence annoncée par le

constructeur.

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Partie B : Quel poids donner au système optique pour l’équilibrer dans l’eau de mer, c’est à dire faire en

sorte qu’il ne coule pas et ne remonte pas vers la surface ?

B.1. Nommer la force qui s’oppose au poids lorsqu’un objet est immergé et indiquer ses caractéristiques.

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B.2. On dispose du matériel suivant

 un dynamomètre

 un manomètre

 une éprouvette graduée

 une balance

 un tableau aimanté

 eau salée

 un objet cylindrique de même volume que le

dispositif optique et de densité supérieure à

celle de l’eau salée

 de la ficelle

 des masses marquées

 huile

Appel N°1 : Appeler le professeur pour présenter les résultats obtenus et lui expliquer le protocole

envisagé.

Appel N°2 : Appeler le professeur pour présenter vos observations et lui expliquer vos conclusions

sur le respect de la vergence annoncée par le constructeur.

Descriptif du protocole envisagé :

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Proposer, en utilisant une partie de ce matériel, un protocole qui permette de déterminer expérimentalement la

valeur de la force présentée à la question B.1.

Schéma du dispositif

Description du protocole

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B.3. Réaliser le montage validé par le professeur. Relever les mesures nécessaires et déterminer la valeur

de la force exercée verticalement par l’eau sur l’objet cylindrique.

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B.4. Déduire de ce qui précède la valeur que devra avoir le poids du dispositif optique. Justifier.

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