TP SNVJFNR
TP SNVJFNR
TP SNVJFNR
Faculté de physique
L1-SNV et S1-STU
TRAVAUX PRATIQUES
DE
PHYSIQUE
Par
Année universitaire
2010 - 2011
USTHB - Faculté de physique Travaux pratiques L1-SNV et L1-STU
TP N°0
Initiation aux tracés des graphes
Fig(1)
2°- La mesure d'une grandeur physique fait intervenir, en général, plusieurs opérations. Par exemple: la
visée, la mesure à la règle (ou au rapporteur) et la construction graphique. Chacune de ces opérations induit une
erreur. Comme l'incertitude sur la mesure est la somme des incertitudes induites par chacune des opérations, il
se pourrait que, dans cette somme, certaines incertitudes soient négligeables devant les autres. Les opérations
qui correspondent aux incertitudes non négligeables sont appelées: principales sources d'erreurs.
3°- En vu d'une éventuelle représentation d'une grandeur physique A en fonction d'une autres grandeur
physique B, sur une feuille de papier millimétré, on regroupe les valeurs approchées de ces grandeurs dans un
tableau qu'on appelle: tableau de mesures (Cf. Fig(2)).
4°- Comme les valeurs de A et de B sont à l'intérieur des segments de droite, de longueurs 2∆A et 2∆B, le
point de coordonnées (A, B) sera à l'intérieur du rectangle de dimensions 2∆A et 2∆B, appelé rectangle d'in-
certitude (Cf. Fig(3)).
Fig(3)
5°- Pour tracer le graphe A=f(B), sur une feuille de papier millimétré, on doit d'abord choisir une échelle
de représentation pour chacune des grandeurs physique A et B. Ensuite, on représente, sur cette feuille, les rec-
tangles d'incertitude de tous les couples (Ai,Bi) du tableau de mesures. Dans le cas où les grandeurs A et B
sont des variables continues (ce qui est le cas des grandeurs qui interviennent dans tous les TP du TC-
Biologie), la courbe représentant A=f(B) est une courbe continue, sans points anguleux (car dérivable) et pas-
sant par le maximum (*) de rectangles d'incertitude (Fig(4)).
Un pareil tracé suppose donc un calcul, préalable, d'incertitude pour cha-
cun des résultats du tableau de mesures; ce qui rend la procédure très lourde.
Dans la pratique, on la simplifie, en procédant de la façon suivante:
1°- On choisit les échelles de représentation des grandeurs physique A
et B de manière à ce que les points de coordonnées (A,B), du tableau de
mesures, ne soient pas trop éloignés les uns des autres (pour facilité leur rac-
cordement par une courbe) ni trop rapprochés (pour ne pas occulter le phéno-
mène physique recherché).
2°- On raccorde les points (expérimentaux) de coordonnées (A,B), que l'on repérera sur la feuille de papier
millimétré par des croix, par une courbe continue (sans points anguleux, car
dérivable). La courbe doit passer par le maximum de points expérimentaux;
à défaut, elle doit passer entre les points expérimentaux de manière à ce que
ces derniers se retrouvent de part et d'autre de la courbe et de façon alterna-
tive sauf, pour les points expérimentaux erronés (Cf. Fig(5)).
Cette méthode nous dispense du calcul d'incertitude.
Pour permettre une lecture rapide de la grandeur physique sur cet axe, qui comporte 10 graduations par
centimètre, la valeur de x doit être remplacée par un nombre entier y, diviseur de 10, tel que:
y=1, si x<1.
y=2, si 1<x<2.
y=4, si 2<x<3.
y=5, si 3<x<5.
y=8, si 5<x<10.
Exemple: Si les valeurs extrêmes d'une grandeur physique sont: Valeur max=4,4 (cm) et valeur min=0
(cm) et qu'on désire la repérer sur un axe de longueur 10 (cm), l'échelle de représentation de cette grandeur phy-
sique, sur cet axe, sera:
x=4,4 (cm)/10 (cmp)=4,4.10-1 (cm/cmp).
la valeur de y est alors: y=5 10-1 (cm/cmp); ce qui correspond à une échelle, sur la feuille de papier mil-
limétré, 1 (cmp) ------> 0,5 (cm) ou 1 (mmp) ------> 0,05 (cm).
Échelle séxagésimale
Cette échelle concerne les mesures d'angle. Comme 1°=60', la longueur, en (cm), correspondant à 1°, sur
l'axe qui permet de le repérer, doit être un diviseur (inférieur à 10) de 60; c'est dire: 1 (cm), 1,5 (cm), 2 (cm), 3
(cm) et 6 (cm). On peut donc approcher cette échelle comme suit:
Après avoir choisi une échelle pour chacune des grandeurs physiques considérée, vérifier que les points
expérimentaux ne sont ni très rapprochés, ni trop éloignés les uns des autres. Si ce n'est pas le cas, changer la
1°- Sur des axes de longueur 20 (cm), déterminer l'échelle de représentation, des grandeurs physiques A,
(-1/B), C et D. 4
2°- On veut tracer les graphes A=f(-1/B) et D=f(C).
2.1- Quelles sont les échelles adéquates des grandeurs [A et (-1/B)] et [ C et D], dans les graphes A=f(-
1/B) et D=f(C). 3
2.2- Tracer les graphes A=f(-1/B) et D=f(C). 6
2.3- Déterminer la valeur de la pente de la tangente à la courbe, représentant A=f(-1/B), au point d'abs-
cisse (-1/B)= 0,05 (cm-1). 2
N.B: Pour le graphe D=f(C), on rappel que 1° d'angle est égal à 60' (minutes d'angle).
TP N°1
REFLEXION ET REFRACTION
OBJECTIF: L’objectif visé par ce TP est de familiariser, d'une part, l'étudiant avec les notions de rayon
lumineux, d'objets réel et virtuel, d'images réelle et virtuelle, de dioptre, de lumières réféchie et réfractée
(réflexion totale et l'angle limite de réfraction) et, d'autre part, de lui faire retrouver, expérimentalement, le prin-
cipe de propagation rectiligne de la lumière et les lois de Snell-Descartes. Il apprendra, également, les proprié-
tés d'un miroir plan et les techniques simples d'évaluation des indices moyens de réfraction des milieux maté-
riels transparents (solides et liquides).
Matériel proposé
- Un banc optique
- une source lumineuse (avec cache à fentes multiples)
- un cliché (en guise d'objet réel)
- un système optique (lentille mince convergente)
- un écran opaque
- une glace
- une nappe en caoutchouc
- un jeu d'épingles
- Blocs de verre semi cylindriques (en guise de milieu transparent solide)
- Cuves en plexiglas semi cylindrique.
- Une solution liquide transparente (en guise de milieu transparent liquide).
- Une feuille de papier
- Un rapporteur
PARTIE THÉORIQUE
Principe de Fermat
Soient deux points A et B de l'espace. Pour aller de A à B, la lumière emprunte la trajectoire la plus cour-
te en temps.
Principe de propagation rectiligne de la lumière
D'après le principe de Fermat, le trajet suivi par un rayon lumineux, dans un milieu homogène et isotrope,
est une ligne droite.
Principe du retour inverse de la lumière
En vertu du principe de Fermat, la lumière suit un chemin identique, qu'elle progresse d'un point A vers
un autre point B ou inversement (de B vers A); c'est ce qu'on appelle le principe du retour inverse de la lumiè-
re.
Rayon lumineux
C'est un pinceau étroit de lumière, obtenu au moyen d'une source lumineuse et d'un diaphragme.
Conventionnellement, il se représente, dans un milieu homogène et isotrope Fig(1c), par un segment de droite
et une flèche indiquant le sens de propagation de la lumière.
Faisceau lumineux
C'est un ensemble de rayons lumineux. On distingue trois types
de faisceaux: Le faisceau parallèle (a), le faisceau convergent (b) et le
faisceau divergent (c).
Lois de Snell-Descartes
1ère loi: Le plan d'incidence, défini par la normale IN et le rayon incident SI, contient les rayons réfléchi
et réfracté. De plus, le rayon incident est symétrique, par rapport à la normale IN, au rayon réfléchi. On a donc,
en valeur absolue, l'angle d'incidence égal à l'angle de réflexion; soit:
2ème loi: Pour une lumière monochromatique, les angles d'incidence î et de réfraction r satisfont à la rela-
tion ci-contre:
Système optique: C'est un assemblage d'éléments (miroirs, dioptres, lentilles) qui permet de former les
images des objets; il présente, en général, une symétrie de révolution (symétrie cylindrique).
Objet: Les objets sont les corps que l'on rencontre dans la nature. Lorsqu'ils sont éclairés, ils réfléchissent,
en général, une partie de la lumière qu’ils reçoivent. Un objet se comporte, donc, comme une source de lumiè-
re. La lumière qu'il réfléchit se propage dans toutes les directions de l'espace.
Image: Les rayons lumineux, émergeants d'un système optique, peuvent former des faisceaux conver-
gents, divergents ou parallèles. Dans le premier cas, les rayons lumineux peuvent former, sur un écran, une
image de l'objet dite: Réelle (les points images sont formés par l'intersection des rayons lumineux). Dans le
second, les rayons lumineux semblent provenir d'une image dite: Virtuelle (les points images sont formés par
l'intersection des prolongements des rayons lumineux). Enfin, dans le troisième cas, l'image est dite indifférem-
ment réelle ou virtuelle car les points images, formés par l'intersection des rayons lumineux ou de leurs prolon-
gements, sont à l'infini.
Stigmatisme
Lorsque l'image d'un objet ponctuel, à travers un système optique, est un point, on dit que ce système
optique présente un stigmatisme rigoureux. Dans le cas contraire, il est dit astigmate.
Miroir
Définition: C'est une surface qui réfléchit la totalité de la lumière incidente. Dans le cas
d'une surface plane, le miroir est dit plan ; sa représentation conventionnelle est celle indiquée
ci-contre.
Propriétés:
- Dans un miroir plan, l'image et l'objet sont symétriques, par rapport au plan du miroir et sont de natu-
re différente.
- Quand un miroir plan subit une rotation d'un angle α, les rayons lumineux qu'il réfléchit subissent une
rotation, dans le même sens que le miroir, d'un angle égal à 2α.
Dioptre plan
Définition: C'est une surface plane de séparation de deux milieux transparents d'indices de réfraction dif-
MS. MAALEM et A. BOUHENNA (6) Coordination
USTHB - Faculté de physique Travaux pratiques L1-SNV et L1-STU
férents (Cf. Fig(12)).
Propriétés:
- Il n'est pas stigmatique.
- Dans les conditions de Gauss (faibles incidences et rayons paraxiaux),
il présente un stigmatisme approché.
- Dans un dioptre plan, l'objet et l'image sont toujours de nature différen-
te.
Formule de conjugaison: Dans les conditions de stigmatisme approché, la
formule de conjugaison du dioptre plan est:
Où: A est un point objet, A' son image à travers le dioptre plan et H le pied de la perpendiculaire, abais-
sée de A sur la trace du dioptre plan.
MANIPULATION DE DÉMONSTRATION
Glace
Epingle
A
Matérialisation d’un rayon lumineux incident
Matérialisation d’un rayon
lumineux réfléchi
Document de travail
(Feuille de papier)
Lumière réfractée
D1
A
D2
Matérialisation du rayon lumineux, émergeant
Document de travail
du prisme et correspondant au rayon incident.
(Feuille de papier)
Nappe en caoutchouc
rayon émergent
Fig(5-D): Matérialisation d’un rayon lumineux émergeant, par le point O, d’un bloc semi cylindrique
Au moyen d'une feuille de papier, d'une nappe en caoutchouc, d'une glace, d'une règle, d'un rapporteur et
de quatre épingles, on vous propose de vérifier la 1° loi de Snell-Descartes et la propriété d’un miroir plan.
Manipulation
- Poser la feuille de papier sur la table puis, en son milieu,
tracer une portion de droite (D).
- Sur une longueur égale ou inférieure à celle de la glace,
pointer six points: P1 , P2 , P3 , P4 , P 5 et P6 .
- Tracer la perpendiculaire en P1 à la portion de droite
(D).
- A une distance de 10 (cm) environ de P1 , pointer un
point A sur la perpendiculaire précédente.
- Poser la feuille de papier sur la nappe en caoutchouc
puis, tracer, au moyen de deux épingles et d’une règle, les
rayons lumineux, issus du point A et passant par les points P2
, P3 , P4 , P 5 et P6 .
- Disposer la glace perpendiculairement à la feuille de papier de manière à ce que les points Pi (i=1, 2, ....
et 6) soient sur sa face réfléchissante et le point A, en face de la glace.
- Pour chaque rayon lumineux APi (i=1, 2, .. et 6), tracer, au moyens des trois autres épingles, le rayon
réfléchi comme indiqué sur la Fig(2).
- Au moyen du rapporteur, mesurer les angles d'incidence et de réflexion de chacun des rayons incidents
puis, remplir le tableau de mesures suivant:
- Sur la même feuille de papier, tracer une portion de droite faisant un angle α, compris entre 5 et 30 (°),
avec la droite sur laquelle vous avez pointé les points P1 , P2 , P3 , P4 , P 5 et P6 .
- Prolonger les rayons lumineux, issus de A et passant par P2 et P6 , de manière à ce qu'ils coupent la
nouvelle portion de droite en P'2 et P'6 .
- Remettez l'épingle au point A précédent et placez la glace perpendiculairement à la feuille de papier de
manière à ce que les points P'2 et P'6 se retrouvent, comme précédemment, sur sa face réfléchissante. Ensuite,
tracez, au moyen des trois autres épingles, les rayons réfléchis correspondant à AP’2 et AP’6 .
- Au moyen du rapporteur, mesurer, pour la 2° position de la glace, les angles d'incidence et de réflexion
des rayons incidents AP’2 et AP’6 .
Dépouillement et résultats
Pour la première position de la glace
1°- Sur une feuille de papier millimétré, tracer le graphe i' (°) en fonction i (°).
2°- Peut-on établir une loi mathématique simple donnant i' en fonction de i ? Comment ?
3°- La loi de la réflexion de Snell-Descartes est-elle vérifiée dans ce cas ? Si non, quelles sont, à votre
avis, les principales sources d'erreurs ?
4°- Sur le document de travail (feuille de papier), construire l'image (ou les images) du point objet A,
par rapport à la glace.
5°- La glace est-elle stigmatique? Pourquoi ?
6°- L'image du point A à travers la glace présente-t-elle des particularités ? Lesquelles ?
Pour les deux positions de la glace
1°- Pour chacune des positions de la glace, déterminer la déviation subie par les rayons lumineux, issus
du point objet A et passant par les points P2 et P6 .
2° - Que représente, pour chaque rayon lumineux, la différence, D, des déviations calculées précédem-
ment?
3°- Y-a-t-il un lien entre la différence D et l'angle de rotation α du miroir? Si oui, lequel? Si non, pour-
quoi?
Manipulation n°2 (Sur 06 points)
(Vérification de la 2° loi de Snell-Descartes et évaluation des indices de réfraction)
Au moyen d'une feuille de papier, d'une nappe en caoutchouc, d'un rapporteur, d'un compas, d'un bloc semi
cylindrique (ou d'une cuve, remplie à mi hauteur d'une solution transparente) et de trois épingles, on vous pro-
pose de vérifier la 2° loi de Snell-Descartes et d’évaluer l’indice de réfraction du milieu transparent considéré.
Manipulation
- Sur la nappe en caoutchouc, poser une feuille vierge de
papier blanc.
- Au milieu de la feuille précédente, tracer une droite (D)
puis, au moyen du compas, tracer un cercle, centré sur (D) et de
rayon 4,5 (cm) environ.
- Tracer la perpendiculaire à (D) passant par le centre O du
cercle précédent.
- Planter une épingle au point O puis, disposer le bloc semi
cylindrique (ou la cuve) de manière à ce que sa partie plane soit
parallèle à (D) et le centre de sa partie cylindrique confondu avec
O Fig(1).
- Sur le premier quart du cercle précédent et dans le sens de déplacement des aiguilles d'une montre, poin-
ter six points: P1 , P2 , P3 , P4 , P5 et P6 .
- Au moyen des deux autres épingles, tracer les rayons réfractés, émergeant par le point O et issus des
points P1 , P2 , P3 , P4 , P5 et P6 .
- Sur le premier quart du cercle, pointer le point P0 le plus éloigné de P1 pour lequel on peut encore tracer
le rayon réfracté passant par O.
- Retirer le bloc semi cylindrique (ou la cuve) et les trois aiguilles de la feuille de papier puis, tracer les
rayons lumineux issus de: P1 , P2 , P3 , P4 , P5 , P6 et P0 , et aboutissant au point O.
- Au moyen du rapporteur, mesurer les angles d'incidence " i " et de réfraction " r " de chacun des rayons
lumineux précédents puis, déduire la valeur de l’angle limite de réfraction r0 et remplir le tableau de mesures
suivant:
Dépouillement et résultats
1°- Sur une feuille de papier millimétré, tracer les graphes i (rd) en fonction r (rd) et sin(i) en fonction
de sin(r). Commenter les graphes obtenus.
2°- D'après les graphes de la 1° question, peut-on établir une loi mathématique simple qui exprime
l'angle d'incidence i en fonction de l'angle de réfraction r d'un rayon lumineux? Si oui, laquelle ?
3°- La loi de la réfraction de Snell-Descartes est-elle vérifiée dans ce cas ? Si non, quelles sont, à votre
avis, les principales sources d'erreurs ?
4°- Peut-on évaluer, à partir de l'un des graphes (ou des deux graphes), l'indice de réfraction moyen, n,
du verre du bloc semi cylindrique (ou de la solution contenue dans la cuve) ? Si oui, comment ? Préciser,
alors, la valeur de n. L'indice de réfraction moyen de l'air est supposé égal à 1.
5°- Peut-on, également, évaluer l'indice n précédent à partir de r0 ? Si oui, comment ? Préciser, alors, la
valeur de n puis la comparer à celle obtenue, éventuellement, à la 4° question. Conclusion.
TP N°2
PRISME ET GONIOMÈTRE
OBJECTIF: L'objectif visé par ce TP est de faire découvrir aux étudiants, d’une part, les propriétés d’un
prisme et, d’autre part, de les initier au mesureur d’angles le goniomètre. Ils apprendront, également, à évaluer
les indices de réfraction des milieux matériels transparents (solides et liquides).
Matériel proposé
- Un bloc de verre de forme prismatique.
- Une cuve en plexiglas de forme prismatique.
- Une solution liquide transparente (en guise de milieu transparent liquide).
- Une nappe en caoutchouc.
- Une feuille de papier.
- Un rapporteur.
- Un jeu d'épingles.
- Un Goniomètre complet (Gonio+ lunette de visée et collimateur).
- Une source spectrale de lumière (Zn ou Cd ou Hg).
PARTIE THÉORIQUE
Prisme
Définition: C'est un milieu transparent d'indice n, limité par trois dioptres plans non parallèles
(Cf.Fig(16)). En général, il baigne dans un même milieu transparent, d'indice n'.
Condition d'émergence: Dans un prisme, la condition d'émergence d'un rayon lumineux est:
Déviation totale: Dans un prisme, la déviation totale du rayon lumineux le traversant est telle que:
Déviation minimale: Au minimum de déviation, les angles d'incidence (i) et d'émergence (i') sont égaux;
il en est de même pour les angles de réfraction (r) et (r'). Il s'en suit alors:
MANIPULATION DE DÉMONSTRATION
- Au moyen d’une feuille de papier, de la nappe en caoutchouc, du bloc de verre de forme prismatique (ou
de la cuve en plexiglas de forme prismatique, remplie d’un liquide transparent) et de quatre épingles, montrer
aux étudiants comment tracer la marche d’un rayon lumineux traversant le bloc (ou la cuve).
- Présenter aux étudiants le goniomètre complet (Plateau principal, plate forme centrale, lunette de visée,
collimateur et verniers) et expliquer leur son fonctionnement, notamment:
. Le réglage et le blocage du plateau principal.
. La mise au point du collimateur et son blocage.
. Le réglage de l’épaisseur de la raie, de sa longueur et de son orientation.
. Le blocage et la mise au point de la lunette.
. Les déplacements horizontal et vertical de la lunette (insister sur le réglage fin du déplacement hori-
zontal).
. L’opération à effectuer pour visualiser les réticules de la lunette.
Au moyen de la nappe en caoutchouc, du bloc (ou de la cuve remplie d'un liquide transparent), d'un rap-
porteur et de quatre épingles, on vous propose de tracer la marche d'un rayon lumineux traversant le prisme, de
déterminer sa déviation totale(Dt ) en fonction de l'angle d'incidence (i) puis, d'en déduire l'indice moyen de
réfraction absolu du verre du bloc(ou du liquide de la cuve).
Manipulation
- Poser une feuille blanche sur la nappe en caoutchouc.
- Au milieu de la feuille précédente, poser le bloc de verre (ou la cuve)
puis, tracer, au moyen d'un crayon et des faces de la cuve, deux segments de
droite D1 et D2 (Cf. Fig(1)).
- Retirer le bloc de verre (ou la cuve) de la feuille de papier puis, déter-
miner le sommet, A, du prisme en prolongeant les segments de droite D1 et
D2 .
- Sur l'une des traces des faces du bloc (ou de la cuve) qui forment l'angle A, pointer un point I puis, tra-
cer la perpendiculaire N, passant par I, à D1 (ou à D2 ) .
- Au point I, tracer un quart de cercle, de centre I et de rayon égal à celui de votre rapporteur, qui coupe
la normale N et le segment de droite D1 (ou D2 ).
- Sur le quart de cercle précédent (Fig(2)), pointer, à partir de la nor-
male N, sept points: P1 , P2 , P3 , P4 , P5 , P6 et P7 , de manière à ce que les
angles (NI, IPi ), i variant de 1 à 7, valent respectivement: 16°, 26°, 36°,
46°, 56°, 66° et 76°.
- Tracer les sept rayons incidents en I au prisme (Pi I, i variant de 1
à 7).
- Poser le bloc (ou la cuve, remplie à mi hauteur d'un liquide trans-
parent) de manière à ce que ses faces coïncident avec D1 et D2 .
- Au moyen de deux épingles, matérialiser le rayon lumineux, issu
de P1 et abordant le prisme en I. Ensuite, tracer, au moyen des deux autres
épingles et par visée, le rayon émergeant correspondant. Répéter l'opération pour les six autres points.
- Au moyen d'un rapporteur, mesurer l'angle A du prisme et les angles d'incidence, i, et d'émergence, i',
des sept rayons lumineux. Consigner les résultats de mesures dans le tableau ci-dessous.
Points de mesures P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7
i en (°)
i’ en (°)
(i +i’-A) en (°)
(*) Dans le cas de cette manipulation le phénomène de dispersion n'est pas perceptible par l'oeil. Tout se passe donc comme
si la lumière était monochromatique.
MS. MAALEM et A. BOUHENNA (14) Coordination
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Dépouillement et résultats
1°- Tracer le graphe (i +i' - A)=f(i).
2°- Commenter le graphe précédent.
3°- Peut-on évaluer l'indice de réfraction moyen du bloc de verre (ou du liquide contenu dans la cuve) pour
la lumière blanche? Si oui, à combien l'estimez-vous? Expliquer.
Réglage du goniomètre
Réglage du collimateur
- La position normale du collimateur est celle pour laquelle le cylindre porte fente est complètement enfon-
cé dans celui qui porte la lentille convergente. Dans cette position, la fente se trouve dans le plan focal objet de
la lentille du collimateur, fixer le au moyen de la vis de blocage et régler l’horizontalité du collimateur.
- Placer la source de lumière devant le collimateur et le plus près possible de sa fente.
Réglage de la lunette
- Régler l'oculaire en le tirant (ou en l’enfonçant) pour voir net le réticule ; ce réglage dépend de l'obser-
vateur et pourra être modifié en fonction de l'oeil de celui-ci.
- Mettre une des faces du prisme contre la lunette pour réaliser l'autocollimation puis, régler l'objectif de
la lunette, au moyen de VRL, pour voir nette l'image de retour du réticule. La lunette est alors réglée à l'infini.
Réglage de l’horizontalité de la plate forme centrale
- Au moyen du collimateur et de sa vis VRC, régler la lunette de manière à percevoir la raie de lumière
incidente.
- Au moyen de la vis VRER et du système d’obturation SO, régler l’épaisseur et la longueur de la raie.
Avec la vis VRL, régler sa nettetée.
- Poser le prisme sur la plate forme centrale, comme indiqué sur la Fig(4), puis, au moyen de la lunette
observer les rayons réfléchis par les faces du prisme. En agissant sur les vis V1 , V2 et V3 , faites coïncider les
raies observées avec le réticule vertical de manière à ce que le décalage vertical des raies réfléchies, en passant
de l’une à l’autre, ne soit pas très important. Dans cette position, le faisceau lumineux est perpendiculaire à l'arê-
te du prisme.
Repérage de la lunette par rapport au plateau principal
Comme la lunette et les deux verniers sont solidaires, leurs angles de rotation sont égaux. De ce fait, on
repère la position de la lunette, par rapport au plateau principal, par celle de l’un des deux verniers.
La lecture de l’angle sur un vernier, comme indiqué sur la Fig(12), se fait de la façon suivante: La valeur
en degrés est donnée par le zéro (0’) du vernier et celle des minutes
par le numéro de la graduation du vernier qui est dans le prolonge-
ment d’une graduation du plateau principal.
0’
Vernier
Plateau principal
70° 80°
Manipulation
La source de lumière étant allumée et le goniomètre réglé, procéder comme suit:
- Poser le prisme sur la plate forme centrale comme indiqué sur la Fig(4).
- Déplacer la lunette vers la gauche jusqu'à l'obtention d'une raie qui coïncide avec le réticule vertical puis,
pointer, au moyen de l’un des verniers la position de la lunette, l1 , des rayons réfléchis par la face AB.
- Sans toucher à la plate forme centrale et au prisme, dépla-
cer la lunette vers la droite puis, pointer la position de la lunette,
l2 , des rayons réfléchis par la face AC.
Dépouillement et résultats
À partir de l1 , de l2 et du résultat de l'exercice ci-dessus,
déterminer, en degré et en minutes, la valeur de l'angle A du pris-
me.
Loupe
Plate forme centrale
Oculaire
Système d’obtura-
tion et de réglage de
Lunette la longueur de la
fente (VRLR)
Vis de réglage de l’horizontalité
de la lunette (VRHL)
V3 Vis de réglage de la
V1 V2 largeur de la fente (VRER)
V4
Plateau principal Vernier
Vis de blocage de la lunette Vis de réglage de l’horizontalité
du collimateur (VRHC)
Fig(8)
Loupe
Plateau principal
plate forme centrale
Graduations du
Plateau principal Vernier
Vernier
Graduations du vernier
Vis de fixation du
plateau principal
Loupe
Fig(9)
MS. MAALEM et A. BOUHENNA (17) Coordination
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Vis de fixation du
plateau principal
V4 : Vis de blocage de la plate forme centrale
(*) La vis micrométrique n’est opérationnelle que lorsque la lunette est bloquée. Fig(10)
Prisme
Alimentation électrique
TP N°3
GONIOMÈTRE - DISPERSION
Objectif: L’objectif visé par ce TP est, d’une part, de montrer aux étudiants le phénomène de dispersion
de la lumière par un prisme et, d’autre part, de leur apprendre à:
- Pacer un prisme sous une incidence donnée.
- Évaluer l’indice de réfraction d’un corps transparent (solide ou liquide et sous forme d’un prisme) pour
une radiation monochromatique donnée.
- Évaluer la longueur d’onde d’une radiation inconnue.
Matériel proposé
- Un bloc de verre de forme prismatique Fig(13).
- Une cuve en plexiglas de forme prismatique Fig(13).
- Une solution liquide transparente (en guise de milieu transparent liquide).
- Un goniomètre complet (Gonio+ lunette de visée et collimateur).
- Deux sources spectrales de lumière (Zn ou Cd ou Hg) Fig(11).
PARTIE THÉORIQUE
Phénomène de dispersion
L’expérience montre que lorsque un faisceau parallèle de lumière colorée aborde la face d’un
prisme, il en sort par sa deuxième face plusieurs faisceaux, non parallèles et de couleurs différentes.
Ce phénomène est appelée phénoméne de dispersion (*).
A
Prisme
Lumière colorée incidente radiations émergentes
En général, n(λ) est donné par la relation empirique suivante, dite relation de Cauchy:
Au 2° ordre et Au 4° ordre
(*) Pour plus d’information, Cf. Tome 1 Optique 4° Ed de la collection SEP- mms, § phénomène des couleurs.
Dépouillement et résultats
1°- Expliquer le spectre de raies observé.
2°- Quelle est la valeur de la déviation totale, en degré et en minutes, subie par le rayon lumineux de cou-
leur x. Donner également celles de l0 et de lx .
3°- Commenter le déplacement du spectre de raies quand on fait varier l'angle d'incidence du faisceau
lumineux sur la face AC du prisme.
Manipulation
- Si vous avez touché au réglage du goniomètre, reprendre son
réglage (Cf. manipulation n°1) et redéterminer son zéro (l0 ). Ensuite,
procéder comme suit:
- Poser le prisme sur la plate forme centrale comme indiqué sur
la Fig(6).
- Déplacer la lunette vers la gauche puis la fixer au plateau prin-
cipal pour une position du vernier lr= (l0 +180°-2i0 ).
- Tourner alors le prisme, au moyen de la plate forme centrale,
jusqu'à l'obtention d'une raie, de même couleur que la source (fente) et
qui coïncide avec le réticule vertical.
- Sans toucher au prisme, pointer, au moyen vernier, la position
l'x de la lunette quand le rayon de couleur x (fixée par l'enseignant de
TP) est sur le réticule vertical.
Dépouillement et résultats
1°- Quelle est la valeur de l'angle d'émergence " i'x ", par la face AB, du rayon lumineux de couleur x.
2°- Peut-on déduire la valeur de l'indice de réfraction du prisme pour la lumière de couleur x ? Si oui,
quelle est sa valeur ? Si non, pourquoi ?
Manipulation
Si vous avez touché au réglage du goniomètre, reprendre son réglage (Cf. manipulation n°1) et redéter-
miner son zéro (l0 ). Ensuite, procéder comme suit:
- Poser le prisme sur la plate forme centrale comme indiqué sur la Fig(6).
- Déterminer, par la méthode de la manipulation n°2, l’indice de réfraction du prisme pour la radiation de
couleur verte.
Dépouillement et résultats
2°- Donner la valeur, avec 3 décimales, de l’indice de réfraction du prisme pour la radiation de couleur
verte.
3°- En utilisant l’un des graphes du 1°, déterminer la longuer d’onde, λv, de la radiation verte.
MS. MAALEM et A. BOUHENNA (21) Coordination
USTHB - Faculté de physique Travaux pratiques L1-SNV
TP N°4
RAYONNEMENTS IONISANTS - RADIOACTIVITÉ
Objectif: L’objectif visé par ce TP est de faire découvrir aux étudiants le caractère et les propriétés
de du rayonnement radioactif, nuisibles à notre santé et qui n’est pas détecté par nos sens. Ils apprendront
comment:
1°- Utiliser un détecteur de rayonnements ionisants.
2°- Identifier les différents rayonnements radioactifs, au moyen d’un détecteur GM.
3°- Evaluer:
- La couche de demi atténuation (CDA) d’un matériau pour un REM γ donnée.
- La CDA est le pouvoir d’arrêt d’un matériau dans le cas d’un RP donné.
Matériel utilisé:
- 1 tube Géiger Muller (GM).
- 1 Compteur GM.
- 3 Sources radioactives (Sα, Sβ et Sγ).
- 1 Support magnétique de source.
- 1 Nappe magnétique.
- 4 jeux de lames de 2 (mm) d’épaisseur (plexiglas, Al, Fe et Pb ).
- 1 Un porte plaques magnétique.
- 1 feuille de papier de 1 mm d’épaisseur.
PARTIE THÉORIQUE
Radioactivité
La radioactivité est l’émission spontanée de particules et de rayonnement électromagnétique γ par une
population de noyaux atomiques instables, appelée source radioactive.
On distingue 3 types d’émission: L’émission de noyaux d’hélium appelée rayonnement α, l’émission
d’électrons ou de positons (*) appelée, respectivement, rayonnement β- et rayonnement β+ et enfin,
l’émission d’un rayonnement électromagnétique γ, appelée rayonnement γ.
Désintégration (**)
Loi de désintégration: Sur une population N0 de noyaux atomiques instables à l’instant t=0 (s), le
nombre de noyaux qui ne se sont pas désintégrés à l’instant t obéit à la loi suivante:
Période de désintégration ou demi-vie: C’est le temps T au bout duquel la moitié d’une population
de noyaux radioactifs se désintègre.
Activité: On appelle activité d’une population de noyaux atomiques instables, notée a(t), le nombre
de désintégrations de cette population par unité de temps.
Où: a0 est l’activité à l’instant t=0 (s), appelée aussi activité initiale.
(*) Un positon est une particule qui a une charge (+e) et une masse égale à celle d’un électron.
(**) La désintégration est la destruction des noyaux atomiques.
MS. MAALEM et A. BOUHENNA (22) Coordination
USTHB - Faculté de physique Travaux pratiques L1-SNV
- L’activité d’une source radioactive s’exprime en Becquerel (Bq); 1 (Bq) est égal à une désintégration
par seconde. On utilise aussi le Curie (Ci) qui correspond à 3,7×1010 (Bq).
Rayonnement radioactif
Le rayonnement radioactif est constitué par les rayonnements particulaires (α et β) et électromagné-
tique γ.
Interaction du rayonnement radioactif avec la matière
L’ interactions du rayonnement radioactif avec la matière est liée au transfert d’énergie de ce rayonne-
ment vers la matière ; c’est à dire à l’énergie transmise sous forme de chaleur par les particules α et β et le
photon γ (au moyen des électrons secondaires qu’il génère(***)) aux atomes de la matière considérée.
La perte d’énergie dans la matière dépend de la nature et de l’énergie du rayonnement considéré; c’est
à dire: Du rayonnement α, du rayonnement β et du rayonnement γ.
Pour le rayonnement particulaire (RP), le transfert est caractérisé par l’ionisation qu’il produit dans
la matière qu’il traverse. Aussi, définit-on pour chaque matériau:
- La densité linéique d’énergie (DLI) comme le nombre d’ionisations produit par une particule par unité
de longueur de matière traversée. On l’exprime en général en nombre d’ionisations par micromètre (μm).
- Le transfert linéique d’énergie (TLE) comme l’énergie perdue par la particule par unité de longueur
parcourue dans la matière considérée. Le TLE est aussi appelé pouvoir d’arrêt (****) de la matière consi-
déré; il est relié à la DLI par:
Où: φ(x), φ(x=0) et µ sont, respectivement, la puissance du rayonnement γ après un parcours x dans la
matière, sa puissance avant son entrée dans la matière, et le coefficient d’atténuation linéique de la matiè-
re considéré pour cette radiation γ.
D’une manière générale, le coefficient µ s’écrit comme suit (****):
ρ, σ/ρ, τ/ρ ετ π/ρ sont respectivement la masse volumique de la matière considérée et les coefficients
d’atténuation massique pour les effets Compton, photoélectrique et de matérialisation (****).
(****) Pour plus d’informations, Cf. Tome 1 Rayonnements 2° Edition, de la collection SEP-mms / OPU.
Où: n est le nombre de noyaux par unité de volume dans la matière (cm-3 ) et s, la probabilité d’inter-
action des photons dans la matière. On notera que la probabilité s a la dimension d’une surface (cm2 ). De ce
fait, on l’appelle section efficace de la matière considérée.
Présentation du matériel de TP
Montrer aux étudiants le matériel de TP et notamment, les sources radioactives, le tube Géiger Muller
et son électronique de comptage.
IMPORTANT
L’exposition, durant la séance de TP, aux rayonnements des sources radioac-
tives utilisées dans ce TP (activité de l’ordre de 5 µCi) ne présente aucun danger à
la santé des étudiants et des enseignants. Cependant, bien que leurs activités soient Source β
très faibles, une exposition permanente à leurs rayonnements peut porter dange-
Support
reusement atteinte à la santé. L’exposition permanente survient quand il y a inges-
tion ou inhalation d’éléments radioactifs et quand on vit (ou qu’on travaille) dans un endroit où se trouve ces
sources radioactives. Aussi, les étudiants et les enseignants sont priés de se conformer aux consignes de
sécurité ci-après.
MS. MAALEM et A. BOUHENNA (24) Coordination
USTHB - Faculté de physique Travaux pratiques L1-SNV
1°- C’est l’enseignant qui donne les sources radioactives et qui vérifie leur retour.
2°- Il est strictement interdit de boire ou de manger dans la salle de travaux pratiques dédiée à la radio-
activité.
3°- Les sources radioactives sont scellées et donc protégées de tout contact extérieur. Elles ne pré-
sentent pas de risque direct de contamination (contamination = ingestion ou inhalation d’éléments radioac-
tifs). Par contre, ces sources présentent un risque d’irradiation, car les rayonnements émis par la source ioni-
sent à distance. En conséquence, il est nécessaire de réduire l’exposition en jouant sur les paramètres temps,
distance et écrans. En pratique :
- Minimiser le temps de contact pendant le déplacement de la source,
- Maintenir la source éloignée de votre emplacement de travail,
- Replacer la source dans sa boite individuelle en plomb dès que son utilisation n’est pas nécessaire.
4°- A la fin de la séance de travaux pratiques, remettre la boite en plomb dans l’armoire de stockage.
5°- A la fin de la séance de TP, pensez à vous laver les mains !
Cache protecteur
de la feuille de mica
- En position IMP, la durée du comptage est fixée par le manipulateur au moyen du Bouton de démar-
rage et d’arrêt de comptage.
- En position MAN (ou AUTO), le temps de comptage est imposé par la position du Bouton de sélection
du temps de comptage (1s, 10s ou 100s). Dans ces positions, le compteur s’arrête automatiquement au taux de
comptage fixé. Cependant, le démarrage (ou le redémarrage) s’effectue au moyen du bouton Start/(stop).
Branchement du cable
du tube GM
Bouton marche-arrêt
Interrupteur de mise sous du haut parleur
tension du tube GM
Les plaques écrans et leur support sont représentés sur la photo suivante:
Support de plaques
Aluminium
Plomb
La nappe magnétique.
La nappe magnétique et une vue complète de la chaine de mesure est représentée sur la photo ci-après:
MANIPULATION DE DÉMONSTRATION
(Dans toute la manipulation, on assimilera la source radioactive à une source ponctuelle)
Tableau T2 Fig(2)
3°- Débarrasser, provisoirement, votre paillasse de toutes les sources radioactives. Ensuite, choisir le
mode IMP sur le compteur GM et relever le nombre de coups sur une période de 15 (mn). En déduire le nombre
moyen N0 de coups pour une période de 10 (s).
4°- Sur la nappe magnétique, disposer la source β et le détecteur GM comme indiqué sur la Fig(1). Ensuite,
Pour des intervalles de temps de 10 (s), relever le long de l’axe de direction 0° et pour les distances x du tableau
de mesures T3 , six (6) mesures par position. Consigner les nombres de coups moyens dans le tableau T3 , où x
est la distance entre source et la fenêtre du tube GM.
x (mm) 5 10 15 20 30 40 50 60 70 80 90 100 120
Nbre de
coups moy
Tableau T3
5°- Sur la nappe magnétique, disposer le support de la source β (avec sa source) à son emplacement.
Ensuite, procéder aux opérations suivantes:
5.1- Placer la fenêtre du détecteur le long de l’axe 0° de manière à ce que le détecteur touche la sour-
ce. Ensuite, déterminer, à partir de 6 mesures, le nombre moyen de coups, N, pour une durée de 10 (s).
5.2- Au moyen du porte plaques, interposer, de façon progressive, des plaques d’aluminium entre la
source β et la fenêtre du détecteur. Ensuite, déterminer, pour chaque épaisseur d’écrans, e, et pour une période
de10 (s) le nombre moyen de coups enregistré par le compteur; on prendra six (6) mesures par épaisseur.
Consigner les résultats obtenus dans le tableau T5 .
e (mm) 0 2 4 6 8 10
Nbre de
coups moy
5.3- Répéter l’opération 5.2 pour les plaques de Pb, de plexiglas et d’acier.
Dépouillement et résultats
1°- Pourquoi le nombre de coups détectés par le compteur GM, pendants les 10 intervalles de temps de 10
(s) chacun et pour une même direction, sont différents?
2°- Pourquoi le nombre moyen de coups détectés par le compteur GM dépend de l’orientation de la sour-
ce radioactive (direction)?
3°- Sur une feuille de papier, représenter la source S et les demi-axes 0°, +15°, +22,5°, +45°, -15°,-25,5°
et -45°. Ensuite, tracer, en choisissant une échelle adéquate et sur les demi-axes précédents, des segments de
droite dont la longueur est proportionnelle au nombre de coups moyen relevé et, ayant une extrémité confondue
avec S. Commenter le résultat obtenu. Conclusion.
4°- Comparer le nombre moyen de coups des deux rangées du tableau T3 . Commentez le résultat?
Conclusion.
5°- Que représente le nombre N0 ?
6°- En utilisant le tableau T4 , tracer le graphe du Nbre de coups moy en fonction de x . Interpréter le
graphe. Quelles conclusion en tirez-vous?
7°- Tracer et interpréter les graphes du Nbre moy de coups en fonction de x pour le plexiglas, le plomb et
l’acier.
8°- Reprendre les questions 6° et 7° pour le rayonnement γ.
9°- Quelle conclusion en tirez vous de cette manipulation ?
ANNEXE
LE TUBE COMPTEUR GEIGER MULLER ( TUBE GM)
Description:
Le tube compteur Geiger Muller (GM) est constitué d’un cylindre métallique et d’un axe en tungstène (Un
condensateur cylindrique). Le cylindre, relié à la masse, forme la cathode et le fil de tungstène forme l’anode.
L’intérieur du cylindre est rempli d’un mélange de gaz inerte (argon ou néon) à une pression de l’ordre de 100
(mmHg) et d’un gaz d’amortissement (vapeur de gaz halogène) à une pression d’environ 10 (mmHg).
Pour permettre aux particules ionisantes de rentrer à l’intérieur du détecteur, l’une des extrémités du tube
est bouchée par une très fine feuille de mica.
La vue en coupe d’un tube Géiger Muller est donnée ci- après.
Cathode
ions électron
Rayonnement
Anode
Gaz inerte
Feuille de mica
Cathode
Principe de fonctionnement
Pour faire fonctionner le tube GM, on applique une différence de potentiel de quelques centaines de volts
entre l’anode et la cathode afin d’obtenir un champ électrique radial important au voisinage du fil d’anode.
Lorsqu’une particule (ou un photon) traverse le gaz interne, elle ionise le gaz : Production de paires ions-
électrons (environ 10 par cm de gaz, c’est très faible). Sous l’influence du champ électrique qui règne dans la
chambre, les électrons vont être accélérés en direction du fil central et acquérir une grande vitesse sur une cour-
te distance. Cette vitesse élevée va permettre à ces électrons d’ioniser à leur tour d’autres atomes, et de libérer
de nouveaux électrons. Cette multiplication des charges se répète très rapidement et produit une avalanche
d’électrons autour du fil anodique : Cela permet d’amplifier plus d’un million de fois le signal initial qui était
très faible. Il faut environ 0,2 millisecondes pour que les ions issus de l’avalanche soient évacués. Pendant ce
temps, le compteur est aveugle. Ce qui veut dire que toute nouvelle particule ionisant le gaz ne donnera aucun
signal électrique. Ceci génère un temps mort et le compteur ne sera donc pas capable de mesurer un taux de
comptage supérieur à ~5000 coups par seconde. C’est une des limitations de ce type de détecteur.
Le taux de comptage d’un compteur GM va dépendre de la tension appliquée entre l’anode et la cathode:
Nbre de coups/seconde
N2
N1
Plateau
Tension (V)
VSeuil Vfonctionnement V2
V1
Si la tension est trop faible, les électrons d’ionisation se recombinent avec les ions et on ne mesure aucun
signal électrique. Au delà d’une tension seuil Vseuil , on observe un signal lié à l’avalanche des électrons d’ioni-
sation sur le fil anodique. Cette tension seuil est fonction du gaz utilisé et du diamètre de l’anode. Au delà de
cette tension seuil, de plus en plus de coups sont mesurés. Cependant, sur une plage importante de tensions, ce
nombre de coups est quasiment indépendant de la tension appliquée. On appelle cette zone le plateau. Le point
de fonctionnement V fonct. est choisi au milieu du plateau (500 (V) dans le cas GM utilisé dans ce TP) comme
indiqué sur la figure ci-dessus.
Quand on mesure certaines grandeurs physiques, on n’obtient pratiquement jamais le même résultat même
si les conditions expérimentales sont identiques. Ces fluctuations sont caractérisées par la probabilité de mesu-
rer chaque valeur, qui dépend de la nature de la grandeur mesurée mais aussi de l’appareil de mesure.
TP n°4
Etude cinématique de la chute ralentie d’un corps
OBJECTIF: l'objectif visé par ce TP est d'apprendre à l'étudiant comment déterminer les paramètres
cinématiques d'un mobile (vitesse: moyenne et instantanée et accélération moyenne et instantanée).
Matériel proposé:
- Une sonnette fixée sur un support en bois avec son fil d'alimentation électrique.
- Une noix de fixation du support en bois sur la table de travail.
- Un disque en papier carbone.
- Une bande de papier blanc.
- Un corps de masse 200 (g).
- Un élastique de masse négligeable
MANIPULATION
- Sur le bord de la table et comme indiqué sur le schéma ci-contre, fixer le support en bois de la son-
nette.
- Sur la partie horizontale du support de la sonnette, faites
les opérations suivantes:
1°- vérifier que la punaise se trouve sous le marteau de la
sonnette.
2°- Vérifier que la bande de papier peut coulisser librement
entre les clous de guidage de la bande de papier qui y sont plan-
tés.
3°- Enfoncer le disque en papier carbone, sur le clou cen-
tral, de manière à ce qu'il puisse tourner librement, autour de ce
clou, et qu'il couvre en permanence la punaise, qui assure le
rebond du marteau de la sonnette.
4°- Placer la bande de papier de manière à ce qu'elle passe
sous le disque en papier carbone et qu'elle puisse coulisser entre les clous de guidage.
5°- En tirant sur la bande de papier, vérifier qu'elle entraîne, par frottement, le disque en papier carbo-
ne (le disque doit tourner autour du clou central).
6°- Fixer l'une des extrémités de l'élastique au corps A et l'autre au support de la sonnette, comme
indiqué sur la figure.
7°- Fixer, au moyen d'un morceau de scotch, l'une des extrémités de la bande de papier au corps A.
8°- Ramener le corps A à 1 mètre du sol (le corps A doit se trouver au dessous du support de la son-
nette. Si ce n'est pas possible, noter la distance séparant le corps A du sol).
9°- Mettre en marche la sonnette puis, abandonner le corps A dans les secondes qui suivent.
10°- Quand le mouvement descendant de A est interrompu, arrêter la sonnette et retirer la bande de
papier du corps A.
Important: La bande de papier doit comporter une succession de marques (points noirs). Si ce n'est
Dépouillement de l'enregistrement
Le mouvement du corps A étant rectiligne (chute verticale), on a appelé x'x l'axe vertical qui contient
sa trajectoire. Sur cet axe, orienté vers le bas, on a repéré les points, Pi , par leurs abscisses xi (i=0, 1, 2,
.....et 7), de telle sorte que x=0 (cm) corresponde au début du mouvement (t=0 (s)).
Au moyen d'une règle graduée, mesurer les distances séparant les points P1 , P2 , ....et P7 de P0 puis,
consigner les dans le tableau de mesures T1 , ci- après.
Tableau T1
Exploitation des résultats du dépouillement
1°- Diagramme des espaces
1.1- A partir du tableau de mesures T1 , tracer le diagramme des espaces de A; c'est à dire: Le graphe
(x-x0 )=f(t-t0 ).
1.2- Déduire du diagramme des espaces du 1.1, la position de A, par rapport à P0 , à l'instant
t=t0 +0,14 (s).
2°- Diagramme des vitesses
2.1- Sur le diagramme des espaces du 1.1, vérifier que la longueur de toute portion du graphe dont
l'intervalle de temps est de 0,04 (s) est assimilable à celle de sa corde. Conclusion.
2.2- En assimilant la vitesse moyenne du corps A, prise sur un intervalle de temps de 0,04 (s), à sa
vitesse instantanée, au milieu de cet intervalle de temps, compléter le tableau de mesures T2 , ci-après.
2.3- Tracer, en utilisant le tableau de mesure de la question 2.2, le diagramme des vitesses de A; c'est
à dire: Le graphe V=f(t-t0 ).
MS. MAALEM et A. BOUHENNA (32) Coordination
USTHB - Faculté de physique Travaux pratiques L1-STU
2.4 - A partir du diagramme des vitesses de A, déterminer:
a- La valeur numérique de t0 ainsi que la distance parcourue par A à l'instant t0 .
b- La nature des différentes phases du mouvement de A.
c- Les durées des deux premières phases du mouvement de A ainsi que la distance parcourue
par A, dans chacune d'elles.
d- L'instant tx ou la vitesse de A est maximale. Ensuite, déterminer, par la méthode qui vous
semble appropriée, l'accélération de A à cet l'instant t=tx .
e - L'accélération de A dans la première phase de son mouvement.
Tableau T2
3°- Diagramme des accélérations
3.1- Sur le diagramme des vitesses du 2.3, vérifier que la longueur de toute portion du graphe dont
l'intervalle de temps est de 0,04 (s) est assimilable à celle de sa corde. Conclusion.
3.2- En assimilant l'accélération moyenne du corps A, prise sur un intervalle de temps de 0,04 (s), à
son accélération instantanée, au milieu de cet intervalle de temps, compléter le tableau de mesures T3 , ci-
après.
Tableau T3
DOCUMENT DE TRAVAIL
GONIOMÈTRE
Sujet n°1
Matériel proposé:
SNV et STU
- Un goniomètre complet
- Une source de lumière produite par une lampe au Cd.
- Un prisme
Manipulation et questions
05 1°- Sans toucher au collimateur, déterminer, en degrés et en minutes d'angle, le zéro du gonio-
mètre .
2°- Dans cette question, on appellera, A, l'angle du prisme qui est repéré par la couleur bleue.
Pour le prisme d'angle A, déterminer:
05 2.1- La valeur numérique de A, en degrés et en minutes d'angle.
05 2.2- La déviation minimale pour la raie de couleur .....X1 g....... , en degrés et en minutes
d'angle .
Matériel proposé:
Sujet n°3 SNV et STU
- Un goniomètre complet
- Une source de lumière produite par une lampe au Cd.
- Un prisme
Manipulation et questions
05 1°- Sans toucher au collimateur, déterminer, en degrés et en minutes d'angle, le zéro du gonio-
mètre.
2°- Dans cette question, on appellera, A, l'angle du prisme qui est repéré par la couleur bleue.
Sa valeur est ....X3 g.... .
Dans le prisme d'angle A, déterminer:
05 2.1- La valeur de la déviation minimale, en degrés et en minutes d'angle, pour la raie de cou-
leur .....Y3 g....... .
05 2.2- La valeur numérique, à quatre décimale, de l'indice de réfraction du prisme pour la raie
de couleur ...Z3 g.. .
11x0,25
RÉFLEXION
Sujet n°1
Matériel proposé: SNV et STU
- Une nappe en caoutchouc.
- Une glace
- Quatre épingles.
Manipulation et questions
- Au milieu d'une feuille de papier, tracer deux droites x'Ox et
y'Oy, perpendiculaires au point O (Cf. Figure ci-contre)..
- A X1 (cm) et Y1 (cm) de O (Sur la portion Oy), pointer les points
P2 et P6 . O
- A 8 (cm) de O (Sur la portion x'O), pointer le point A.
- Tracer les segments de droite AP2 et AP6 .
- Poser la feuille de papier sur la nappe en caoutchouc puis, dispo-
ser la glace perpendiculairement à la feuille de papier de manière à ce
que les points précédents soient sur sa face réfléchissante.
1°- Au moyen de deux épingles, matérialiser le rayon lumineux
AP2 puis, tracer, au moyen des deux autres épingles, sa partie réfléchie
par la glace. Répéter la même opération pour le segment de droite AP6 .
05
3.1 - Compléter le tableau de mesures ci-dessus puis, tracer le graphe i' (°) en fonction i (°).
03 3.2 - Peut-on établir une loi mathématique simple donnant i' en fonction de i ? Comment ?
03 3.3 - La loi de la réflexion de Snell-Descartes est-elle vérifiée dans ce cas ? Si non, quelles
sont, à votre avis, les principales sources d'erreurs ?
Sujet n°2 SNV et STU
Matériel proposé:
- Une nappe en caoutchouc.
- Une glace
- Quatre épingles.
Manipulation et questions
- Au milieu d'une feuille de papier et comme indiqué sur la
figure ci-contre, tracer deux droites perpendiculaires (x'Ox et y'Oy)
et une autre droite (D), passant par O et faisant un angle α=X2 (°)
avec Oy.
- A Y2 (cm) et Z2 (cm) de O (Sur la portion Oy), pointer deux
points P1 et P2 .
- A 8 (cm) de O (Sur la portion x'O), pointer le point A.
- Comme indiqué sur la figure ci-contre, tracer les segments
de droite AP'1 et AP'2 , passant, respectivement, par P1 et P2 .
1,50 1°- Poser la feuille de papier sur la nappe en caoutchouc puis, matérialiser, au moyen de deux
épingles, le rayon lumineux AP1 .
1,50 1.1- Disposer la glace perpendiculairement à la feuille de papier de manière à ce que les
points P1 et P2 soient sur sa face réfléchissante. Ensuite, tracer, au moyen des deux autres épingles,
le rayon lumineux réfléchi par la glace.
1,50 1.2- Déplacer la glace de manière à ce que les points P’1 et P’2 soient sur sa face réfléchis-
sante puis, tracer, au moyen des deux autres épingles, le rayon lumineux réfléchi par la glace, dans
sa deuxième position..
2x1,50 1.3- Répéter les opérations 1.1 et 1.2 pour le rayon lumineux AP2 .
2°- Pour les deux positions de la glace, mesurer, en degré et au moyen d'un rapporteur, les
angles d'incidence et de réflexion des rayons lumineux AP1 et AP2 . 8x0,50
3°- Déterminer les déviations D1 , D'1 , D2 et D'2 , induites par la glace aux rayons lumineux
AP1 et AP2 pour ses deux positions. 4x1,50
1,50 4°- Comparer l'angle a à (D1 -D'1 ) et à (D2 -D'2 ). Conclusion.
RADIOACTIVITÉ V
Matériel proposé: Sujet n°1 SN Compteur GM
- 1 tube Géiger Muller (GM).
- 1 Compteur GM. -45° 0°
-15°
- 1 Source radioactive (β ). +
- 1 support magnétique de source. Tube GM
- 1 Nappe magnétique. 15°
Manipulation
Disposer, comme indiqué sur le schéma de la Fig(1): La nappe Source 45°
magnétique, la source radioactive β, le tube GM et le compteur GM.
Ensuite, brancher le tube GM à son compteur électronique. Fig(1)
Faites vérifier votre montage par l’enseignant de TP. Ensuite, relever, tous les 10 (s) et le long
de l’axe de direction ...X1 °.., six (6) mesures pour chacune des positions x du tableau de mesures T;
x étant la distance entre source et la fenêtre du tube GM. Consigner les nombres de coups moyens,
Nmoy, dans le tableau T.
x (mm) 5 10 15 20 30 40 50 60 70 80 90 100 120
Nmoy
Questions Tableau T
1°- Tracer le graphe .......Y1 ...... en fonction de x.
05 2°- Interpréter le graphe.
03 3°- Quelles conclusion en tirez-vous?
02 4°- Pouvez vous déterminer, à partir du graphe précédent, une grandeur caractéristique de l’air
05 les β de la source considérée? Si oui, laquelle? Donnez sa valeur.
pour +
U MECANIQUE
ST
Sujet n°1
Matériel proposé:
- Un document de travail (Enregistrement du mouvement d’un mobile).
Dépouillement et questions
La bande de papier, du document de travail, est la reproduction d'une bande de papier enre-
gistrée au moyen d'une sonnette analogue à celle que vous avez utilisée dans le TP n°4.
Cependant, sur cette bande de papier, on a représenté que les points successifs séparés de 0,04 (s)
l'un de l'autre. Le mobile est ................................................................................. . Pour l'étude d'un
tel mouvement, un intervalle de temps de 0,04 (s) est jugé petit.
05 1°- Dresser le tableau qui vous permettra de tracer les diagrammes des espaces, des vitesse
et des accélérations.
06 2°- Tracer le diagramme des vitesses de ce mobile. Commenter le en précisant la nature des
différentes phases du mouvement.
04 3°- Déterminer l'accélération du mobile à l'instant t=t0+........ (s)
U
ST Sujet n°2
Matériel proposé:
- Un document de travail (Tableau de mesures).
Dépouillement et questions
La bande de papier, du document de travail, est la reproduction d'une bande de papier enre-
gistrée au moyen d'une sonnette analogue à celle que vous avez utilisée dans le TP n°4.
Cependant, sur cette bande de papier, on a représenté que les points successifs séparés de 0,04 (s)
l'un de l'autre. Le mobile est .............................................................................. . Pour l'étude d'un
tel mouvement, un intervalle de temps de 0,04 (s) est jugé petit.
A partir du document de travail, on a établi le tableau de mesures suivant:
06 1°- Tracer le diagramme des vitesses de ce mobile. Commenter le en précisant la nature des
différentes phases du mouvement.
04 2°- A partir du diagramme des vitesses, évaluer la distance parcourue par le mobile entre les
instants t1=t0+..... (s) et t2=t0+....... (s).
05 3°- Tracer le diagramme des accélération de ce mobile.