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UNIVERSITE CLAUDE BERNARD – LYON 1 L1 Licence Sciences et Technologies PORTAIL

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. OSCILLO 1 : Oscilloscope cathodique 1 II. OSCILLO 1 : Oscilloscope cathodique 2 III. MESURES : Mesures électriques Optique : IV. LENTILLE 1 : Lentille convergente et modèle d’œil V. LENTILLE 2 : Systèmes optiques VI. DEVIATION : Mesures d’indices, déviation, réfractométrie, dispersion NOM DE L’ETUDIANT : SEQUENCE ET GROUPE : 2 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. 3 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. 4 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. 5 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 uploads/s1/ fasciculetp-bases-physiques-pour-svt.pdf