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II - Description de l'oscilloscope. |
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Programme 2010 : Physique et Chimie Programme 2020 : Physique et Chimie |
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Matériel :
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Oscilloscope, chronomètre,
G.B.F, |
I- Introduction : exemples d’instruments de mesure de temps.
- Le pendule simple : en 1602, Galilée découvre que les petites oscillations d’un pendule simple sont périodiques.
- En 1657, Christian Huygens utilise les propriétés des oscillations du pendule pour construire la première horloge mécanique.
- La période d’un pendule est facile à mesurer à l’aide d’un chronomètre.
- En revanche, si l’on veut étudier des phénomènes beaucoup plus rapides, il faut disposer d’outils adaptés.
- Parmi ceux-ci, on trouve l’oscilloscope.
II- Description de l'oscilloscope.
1)- Présentation.
C'est un appareil à faisceau d'électrons.
Il comprend :
- Un canon à électrons
- Un écran qui est constitué d’une plaque fluorescente
- Des plaques de déviation. Les plaques Y et Y' sont les plaques de déviation verticale
et les plaques X et X' sont les plaques de déviation horizontale.
- Schéma :
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2)- Le canon à électrons.
- La cathode chauffée par un filament émet des électrons. C’est l’effet thermoélectronique.
- Ces électrons sont accélérés par une anode creuse. Le canon à électrons projette un faisceau d’électrons.
- Par action sur la substance fluorescente de l’écran, ces particules provoquent l’apparition d’un spot lumineux.
3)- Les plaques de déviations.
- Les plaques horizontales Y et Y’. si elles sont reliées à des bornes + et -, elles permettent la déviation du spot vers le haut ou vers le bas.
- Ce sont les plaques de déviation verticale.
- On observe sur l’écran la tension électrique qu’elles subissent.
- Remarque : la tension entre deux bornes A et B est égale à la différence de potentiel entre ces bornes.
- On écrit : UAB = VA - VB : unité : volt V
- Le potentiel électrique en un point représente l’état électrique de ce point ou le niveau électrique de ce point.
- Les plaques verticales X et X’. Elles permettent la déviation du spot de gauche à droite de l’écran.
- Ce sont les plaques de déviation horizontale.
1)- Schéma de l’oscilloscope.
2)- Réglages de base de l’oscilloscope.
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Boutons de réglage de
l’oscilloscope |
Rôle. |
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Interrupteur Marche-Arrêt et diode témoin. |
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Réglage de la luminosité du spot ou de la trace lumineuse. |
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Réglage de la concentration, de la netteté du spot lumineux et des traces des voies A et B. |
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Centrage horizontal du spot ou des deux traces des voies A et B. |
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Base de temps ou durée de balayage (ou vitesse de balayage) en s / div, ms / div ou μs / div. Ce bouton permet l’étalement horizontal du spot ou de la trace. On parle aussi de sensibilité horizontale. |
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Choix du mode de synchronisation. |
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Ces boutons permettent d’ajuster le niveau de synchronisation et de stabiliser le signal. |
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Choix de l’affichage des courbes : voie A seule, mode XY ( la voie A est en abscisse et la voie B en ordonnée), voies A et B, voies A et B additionnées en une seule courbe, voie B seule. |
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Centrage vertical de la voie A ou de la voie B. |
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Calibre vertical ou sensibilité verticale de la voie A ou de la voie B en V / div ou en mV / div. |
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Touche de changement de signe de la tension à la voie B. |
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Type de tension applicable à la voie : AC : tension alternative seule. DC (direct courant) tension alternative et continue. GND : mise à zéro de la tension appliquée à la voie. |
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Bornes de branchement de la voie A ou de la voie B. |
Repérer sur l’oscilloscope,
à l’aide de la fiche technique qui vous a été distribuée, les boutons qui permettent :
- De mettre l’appareil sous tension,
- De régler la luminosité du spot ou de la ligne lumineuse,
- De régler la finesse du spot ou de la ligne lumineuse,
- De centrer le spot ou la ligne lumineuse,
- De changer la vitesse de balayage du spot.
Allumer l’oscilloscope :
- Régler la durée de balayage sur 0,2 s / div, ajuster la luminosité et la position du spot lumineux.
Indiquer les observations. Faire un
schéma de la face avant d’un oscilloscope.
IV- La base de temps ou le balayage.
- Ce dispositif permet au spot lumineux de se déplacer horizontalement avec une vitesse constante réglable.
- Le spot se déplace
de gauche à droite puis revient à gauche instantanément et repart.
- Pour faire varier la vitesse, on utilise le bouton : base de temps ou durée de balayage.
- À partir d'une certaine vitesse, on observe une ligne lumineuse horizontale.
- La persistance des impressions lumineuses
sur la rétine ne permet plus de distinguer le déplacement du spot lumineux.
- Lorsque le balayage est enclenché, la courbe
obtenue donne les variations de la tension appliquée aux plaques X, X'
en fonction du temps.
- On appelle oscillogramme la figure visualisée sur l’écran d’un oscilloscope.
- Elle est obtenue grâce au déplacement du spot.
1)- Manipulation 1.
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le spot balaie l’écran de gauche à droite plus ou moins vite. |
Localiser le bouton
base de temps ou durée de balayage sur l’oscilloscope.
- Régler la sensibilité de la base de temps pour obtenir un déplacement du spot le plus lent possible.
- Chronométrer la durée mise par le spot pour traverser l’écran.
En déduire la durée mise par le spot
pour parcourir une division (une division mesure 1 cm).
- Comparer le résultat obtenu avec la sensibilité de la base de temps. Calculer la vitesse du spot en m / s.
2)- manipulation 2.
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- Les différentes unités : s / div, ms / div et μs / div. - En mode balayage, l’axe horizontal de l’oscilloscope représente l’axe des temps. |
Augmenter la sensibilité
de la base de temps de la plus petite à la plus grande :
- à partir de quelle sensibilité ne peut-on plus suivre le spot lumineux des yeux quand il balaie l’écran ?
Noter la valeur de cette sensibilité
et déterminer la valeur de la vitesse du spot. Quel est le phénomène mis en
cause ?
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la persistance rétinienne des impressions lumineuses permet d’observer un trait horizontal continu et stable. |
1)- Rappels.
- La période :
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La période T est la plus petite durée au bout de laquelle la tension se reproduit identique à elle-même.
L'unité de période est la seconde symbole
s. |
- La fréquence :
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La fréquence f est le nombre de période par seconde. C'est l'inverse de la période.
L'unité de fréquence
est l'Hertz, symbole Hz. |
2)- Le générateur basses fréquences : G.B.F.
C’est un générateur de tension alternative : il délivre les tensions suivantes
- Tension en dent de scie ou tension triangulaire,
- Tension en créneau ou tension carrée,
- Tension Sinusoïdale.
3)- Présentation.
4)- Réglage du G.B.F.
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Boutons de réglage
du G.B.F |
Rôle |
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Face
arrière |
Power ON / OFF commutateur « marche-arrêt » |
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Affichage de la fréquence. Les symboles des commandes sont rappelés sur l’afficheur. |
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Choix de la gamme de fréquence. |
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Inversion de la polarité du signal de sortie. |
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Choix de la forme du signal de sortie (rectangulaire, triangulaire et sinusoïdale). |
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Atténuation de l’amplitude du signal de sortie. |
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Réglage de la fréquence du signal de sortie. |
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Réglage du rapport cyclique du signal de sortie. (Tirée, cette commande permet d’ajuster la dissymétrie dans le temps du signal de sortie. La fréquence est alors divisée par dix) |
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Ajout d’une composante continue au signal de sortie (tirée, cette commande permet de superposer une tension continue réglable au signal de sortie) |
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Réglage de l’amplitude du signal de sortie. |
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Sortie BNC du signal défini par les commandes précédentes. |
Repérer sur le G.B.F,
à l’aide de la fiche technique qui vous a été distribuée, les boutons qui permettent :
- De mettre l’appareil sous tension,
- De régler la gamme de fréquence,
- De régler la fréquence du signal de sortie,
- De choisir la forme du signal de sortie,
- De régler l’amplitude du signal de sortie..
Allumer le G.B.F
:
- Régler la fréquence sur 1000 Hz et le bouton de réglage de l’amplitude du signal aux ¾ de la graduation.
- Relier le G.B.F à la voie A de l’oscilloscope : bornes rouges ensembles et bornes noires ensembles.
5)- Étude de la tension triangulaire.
Sélectionner la tension
triangulaire.
Régler l’oscilloscope
de manière à obtenir un oscillogramme exploitable.
Reproduire l’oscillogramme au crayon.
Mettre en évidence le motif.
- Déterminer la valeur de la période à l’aide de l’oscillogramme.
- En déduire la valeur de la fréquence.
- Modifier la valeur de la sensibilité s de la durée de balayage.
- La période et la fréquence ont-elles changé ? Justifier la réponse.
- Modifier la valeur de l’amplitude délivrée par le G.B.F.
- La période et la fréquence ont-elles changé ?
Réalisé avec le logiciel Crocodile Physics 1.7
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6)- Tension en créneau : idem.
Sélectionner la
tension en créneau.
Régler l’oscilloscope
de manière à obtenir un oscillogramme exploitable.
Reproduire l’oscillogramme au crayon.
Mettre en évidence le motif.
- Déterminer la valeur de la période à l’aide de l’oscillogramme.
- En déduire la valeur de la fréquence.
- Modifier la valeur de la sensibilité s de la durée de balayage.
- La période et la fréquence ont-elles changé ? Justifier la réponse.
- Modifier la valeur de l’amplitude délivrée par le G.B.F.
- La période et la fréquence ont-elles changé ?
Réalisé avec le logiciel Crocodile Physics 1.7
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7)- Tension sinusoïdale : idem.
Sélectionner la tension
sinusoïdale.
Régler l’oscilloscope
de manière à obtenir un oscillogramme exploitable.
Reproduire l’oscillogramme au crayon.
Mettre en évidence le motif.
- Déterminer la valeur de la période à l’aide de l’oscillogramme.
- En déduire la valeur de la fréquence.
- Modifier la valeur de la sensibilité s de la durée de balayage.
- La période et la fréquence ont-elles changé ? Justifier la réponse.
- Modifier la valeur de l’amplitude délivrée par le G.B.F.
- La période et la fréquence ont-elles changé ?
Réalisé avec le logiciel Crocodile Physics 1.7
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1)- Montage 1:
- Matériel : D.E.L : diode électroluminescente verte ou rouge ; conducteur ohmique de résistance R = 220 Ω.
Réaliser le montage suivant,
le faire vérifier.
2)- Observations :
Sélectionner la tension sinusoïdale.
Régler la fréquence du G.B.F sur 1 Hz et le bouton d’amplitude
de la tension à moitié de graduation.
Puis augmenter la valeur de la fréquence
délivrée par le G.B.F.
- Quelles sont les observations que l’on peut faire ? Quelle conclusion peut-on tirer ?
3)- Montage 2 :
Réaliser le montage suivant et le faire vérifier.
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Sélectionner la tension sinusoïdale.
Régler la fréquence du G.B.F sur 500 Hz et le bouton d’amplitude
de la tension à moitié de graduation.
Régler l’oscilloscope de manière à obtenir un oscillogramme exploitable.
Reproduire l’oscillogramme au crayon. Mettre en évidence le motif.
- Que visualise-t-on à l’écran de l’oscilloscope ?
- Déterminer la valeur de la période à l’aide de l’oscillogramme. En déduire la valeur de la fréquence.
- Modifier la valeur de la sensibilité s de la durée de balayage.
- La période et la fréquence ont-elles changé ? Justifier la réponse.
- Quel est le rôle de la diode électroluminescente ?
Relier la borne P à la voie B de l’oscilloscope.
Appuyer
sur la touche
Dual
pour afficher les deux courbes.
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- Les comparer. Conclusion.
