5ème – Matière - Espace pédagogique du Lycée Français de Murcie

Lundi 24 septembre 2007 – 2nde – Physique – TP2
TP n°2 - Mesure de l’épaisseur d’un cheveu
Objectif : mesurer l’épaisseur d’un cheveu de deux façons différentes.
A. Déterminer l’épaisseur d’un cheveu en utilisant un faisceau laser
A.1. Protocole expérimental
Matériel :
- un LASER et des lunettes de protection;
- une règle graduée souple ;
- une série de 6 fils calibrés de diamètres connus de 40 à 120µm montés sur diapositives ;
- un cheveu monté sur une diapositive.
Sécurité : ne jamais regarder directement le faisceau de lumière d’un LASER.
On éclaire un écran avec un laser. On interpose un fil vertical de diamètre d’ordre de grandeur compris
entre 10-6 m et 10-5 m à quelques centimètres de la source lumineuse et on observe (en mettant les lunettes de
protection) la figure obtenue sur l’écran appelée figure de diffraction (voir schéma). Lorsque la lumière
rencontre un obstacle ou une ouverture de très petite dimension, elle ne se propage plus en ligne droite comme
dans le modèle du rayon lumineux : on dit que la lumière est diffractée par l’obstacle.
d
D
Support
pour fil
Figure de diffraction
LASER
Mur
Schéma du montage
1° La lumière du laser est qualifié de monochromatique ? Pourquoi ? Donner un exemple de lumière
polychromatique.
2° Que constate-t-on sur l’écran quand la distance D augmente ?
3° Quelle est la précision de la règle graduée en papier ? En déduire le nombre de chiffres après la virgule si la
mesure est exprimée en cm.
4° Donner la précision sur le diamètre de chaque fil calibré.
A.2. Courbe d’étalonnage
Pour différents fils de diamètre a connu, placé tour à tour à la distance D de l’écran, mesurer avec
précision la largeur L de la tâche centrale de la figure de diffraction.
1° Regrouper les mesures dans le tableau ci-dessous :
a en µm
1
en µm-1
a
L en cm
2° Pour une distance D donnée, que constate-t-on quand le diamètre a du fil diminue ?
Lycée Français André Malraux - Année scolaire 2007- 2008
Lundi 24 septembre 2007 – 2nde – Physique – TP2
3° Tracer la courbe (voir rappel ci-dessous) représentant L (en ordonnée) en fonction de 1/a ( en abscisse) sur
une demi-feuille de papier millimétré.
- L en ordonnée:
échelle 1 cm ↔ 1 cm
- 1/a en abscisse: échelle 1 cm ↔ 2.10-3 µm-1
Rappel : comment tracer un graphique?
-
-
Tracer les deux axes, les nommer et indiquer les unités, puis les graduer en respectant l’échelle
donnée par le professeur.
La position d’un point sera marqué par un « + » et non par un point (« . ») ou une croix (« x »).
Ne pas perdre de temps en interpolant en pointillés la position des points.
Ne pas relier les points par des segments de droite.
Dans le cas où les points sont alignés, tracer une droite moyenne à la règle de manière à avoir la
moitié des points au-dessus de la droite et l’autre moitié en dessous.
4° Quelle est la nature de la courbe ? Pourquoi tracer L en fonction de 1/a plutôt que L en fonction de a ?
A.3. Mesure du diamètre d’un cheveu
1° Proposer un protocole expérimental pour mesurer le diamètre φlaser du cheveu. Utiliser l’infinitif pour décrire
le protocole.
2° Après validation du protocole par le professeur, le réaliser et déterminer le diamètre φlaser du cheveu. Ecrire
le résultat en utilisant la notation scientifique.
B. Déterminer l’épaisseur du cheveu en utilisant un microscope
- Placer le cheveu sur la lame du microscope, faire le point pour obtenir une image nette sur l’écran de télé.
- Mesurer l’épaisseur du cheveu à l’aide de la graduation incrustée dans la lame du microscope
- Mesurer l’épaisseur du cheveu sur l’écran.
1° La valeur de l’épaisseur du cheveu mesurée à l’aide du microscope est-elle en accord avec celle obtenue dans
l’activité expérimentale 1 ? Pour comparer la mesure d’un grandeur par deux méthodes différentes, on calcul
l’écart type ε exprimé en %.
ε =
2° Calculer le grandissement
l’écran par sa taille réelle.
φ microscope − φ laser
φ microscope
× 100
γ du dispositif optique qui est le quotient de la taille de l’image de l’objet sur
γ =
φ écran
φ microscope
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