[PDF] ECE : Parce que vous le valez bien !

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AcadĠmie d'OrlĠans-TourV Ńlorence TrouilleW 1 TS Thème : Observer ECE : Parce que vous le valez bien !

DESCRIPTIF DE SUJET DESTINE AU PROFESSEUR

Compétences exigibles

du B.O.

Propriétés des ondes

Diffraction.

Influence relatiǀe de la taille de l'ouǀerture ou de l'obstacle et de la longueur d'onde sur le phénomène de diffraction.

Pratiquer une démarche expérimentale

visant à étudier ou utiliser le phénomène de diffraction dans le cas des ondes lumineuses.

Tâches à réaliser par le

candidat

Dans ce sujet on demande au candidat de :

Réaliser une figure de diffraction en respectant les indications du protocole fourni. De mesurer la longueur de la tâche centrale obtenue et de réaliser le traitement de ces mesures ă l'aide d'un tableur. De proposer un protocole pour mesurer d'Ġpaisseur d'un cheǀeu. sur la mesure.

Compétences évaluées

Coefficients respectifs

Cette épreuve permet d'évaluer les compétences :

Réaliser (REA) ; coefficient 3

Analyser (ANA) ; coefficient 1

Valider (VAL) ; coefficient 2

Préparation du poste

de travail

Prévoir :

Il faudra imprimer ă l'aǀance les solutions partielles ou totales ă remettre audž

candidats selon les difficultés rencontrées. L'ordinateur sera en fonctionnement et le tableur ouvert et réduit dans la barre des tâches.

Déroulement de

l'Ġpreuǀe

Gestion des différents

appels

Minutage conseillé :

Réaliser (30 min)

Analyser (10 min)

Valider (20 min)

Il est prévu 4 appels obligatoires de la part du candidat. Lors de l'appel 1, l'edžaminateur ǀĠrifie que dispositif expérimental est conforme Lors de l'appel 2, l'edžaminateur ǀĠrifie le traitement des mesures au tableur. Lors de l'appel 3, l'edžaminateur ǀĠrifie le protocole proposé. Lors de l'appel 4, l'edžaminateur ǀĠrifie l'edžploitation de la mesure du cheveu.

Le professeur observe le candidat en continu dans la partie " réaliser ». Il est attentif à la

faĕon dont le candidat Ġǀolue dans l'enǀironnement du laboratoire, organise son poste de

travail, utilise le matériel avec pertinence, respecte les procédures et les règles de

sécurité.

Remarques

Ce sujet est prévu pour une durée de 1 h (évaluation). Il sera possible de proposer cette ECE en entraŠnement de 1h30 en faisant rĠaliser l'ensemble de mesures au candidat. On modifiera donc la question 1.4 du sujet. AcadĠmie d'OrlĠans-TourV Ńlorence TrouilleW 2 LISTE DE MATÉRIEL DESTINÉE AUX PROFESSEURS ET AU PERSONNEL DE LABORATOIRE

1. Pour chaque poste

Par élève J (x 9 groupe + 1 Te VecourV)

1 laser (650 nm)

Un support boy (pour y poser le laser)

Un support coulissant dans le banc + écran

le banc

Un réglet

Au bureau J (x 9 groupe + 1 Te VecourV)

Une diapoViWive TonW on aura ôWé la parWie cenWrale eW Vur laquelle Vera WenTu un cUeveu. Nlle ne Vera

L'ordinateur deǀra ġtre en marche, ouverW Vur le Wableur. AcadĠmie d'OrlĠans-TourV Ńlorence TrouilleW 3

ÉNONCÉ DESTINÉ AU CANDIDAT

Compétences travaillées (capacités et attitudes) : ¾ ANA : proposer une stratégie (protocole expérimental) pour répondre à un problème posé.

¾ REA : réaliser un dispositif expérimental ; réaliser des mesures ; maîtriser des gestes techniques, respecter les règles de sécurité.

¾ VAL : exploiter des mesures ; estimer l'incertitude d'une mesure.

CONTEXTE J

volumaWeur pour cUeveux finV ou un VUampoing liVVanW pour cUeveux épaiV eW inTiVciplinéV ? QueVWion exiVWenWielle

me TireY-vouV ! ne se rase la WêWe Te TépiW !

DOCUMENTS A VOTRE DISPOSITION J

Document 1 : Epaisseur des cheveux

en moinV par rapporW aux cUeveux épaiV. Leur TiamèWre moyen eVW Te 50 à 70 µmH conWre environ Te 80 à 100 µm

(voire pluV) pour leV cUeveux moyenV à épaiV. Par conVéquenWH leV cUeveux finV poVVèTenW Te nombreuVeV

parWiculariWéV qui ToivenW êWre priVeV en compWe lorV Tu TéveloppemenW Te proTuiWV capillaireV eW Te coiffage

aTapWéV à ceWWe VWrucWure Te cUeveux.

Document 2 : La diffraction de la lumière

obstacle de dimension voisine de sa longueur d'onde , sa direction de propagation est modifiée ͗ c'est le phénomène de diffraction. que la dimension est petite par rapport à . L'onde diffractĠe prĠsente alors des madžima et des minima d'amplitude (zones lumineuses et zones d'ombre).

L'angle appelé " écart angulaire » est défini à partir de la tache centrale et de la première extinction. Il est

défini en radians. Si la distance D est grande devant la longueur l de la tache centrale alors

Document3 : Le principe de Babinet

VurWouW un WrèV granT vulgariVaWeur.

Nn 1841H le pUyVicien VuiVVe Maniel CollaTon monWreH à GenèveH que la lumière eVW guiTée par leV

TeV bâWonV en verre. Il apporWe Tonc une conWribuWion à la TécouverWe TeV fibreV opWiqueV ! Il eVW

encore connu par Von WUéorème Vur leV écranV complémenWaireV en TiffracWion J il TémonWre

queH moyennanW cerWaineV conTiWionV Te TiVWanceH leV figureV Te TiffracWion proTuiWeV par Teux écranV complémenWaireV (par exempleH un fil eW une fenWe Te même largeur) VonW iTenWiqueV. ANA REA VAL AcadĠmie d'OrlĠans-TourV Ńlorence TrouilleW 4

TRAVAIL A EFFECTUER

1. Une première expérience (30 minuWeV conVeilléeV) J

1.2. On dispose Tu maWériel VuivanW J laVer rouge ; filV calibréV WenTuV Te TifférenWV TiamèWreV monWéV Vur un

VupporW unique (38H 50H 76H 100H 120 eW 150 µm) ; écran ; Wableur-grapUeur. Placer le fil Te 38 µm (c'est le

pluV fin) TanV le faiVceau laVer eW former la figure Te TiffracWion Vur l'Ġcran qui Vera placé à 1H50 m Tu fil.

1.3. Mesurer avec précision la longueur de la tache centrale correspondant au fil de 38 ђm d'Ġpaisseur J

1.4. On a mesuré avec préciVion la longueur l Te la WacUe cenWrale Te TiffracWion pour leV TifférenWeV épaiVVeurV

a TeV filV. On obWienW leV réVulWaWV VuivanWV J a (µm) a (µm) l (cm)

50 3H8

76 2H4

100 1H8

120 1H4

Lancer le Wableur OpenOffice eW reporWer leV réVulWaWV TanV un Wableau avec leV TonnéeV en colonne

exprimées en m. Pour informaWionH pour enWrer une puiVVance Te 10 au WableurH il fauW Waper N en uWiliVanW

le poinW Tu pavé numérique comme virgule (ex J 1H2.102 1H2N2).

1.5. Ajouter une colonne au Wableau eW uWiliVer une formule permeWWanW Te la compléWer avec leV valeurV Te

a 1

1.6. Ajouter une nouvelle colonne eW uWiliVer une formule permeWWanW Te calculer l'Ġcart angulaire en rad.

1.7. Tracer un graphique permettant de montrer que

a 1 eW sont des grandeurs proportionnelles. Pour que minimum à zéro.

RéaliVer une régreVVion linéaire eW inVérer la courbe Te WenTance (avec Von équaWion).

2. Proposer un protocole (10 minuWeV conVeilléeV) J

2.1. Serait-il poVVible Te meVurer TirecWemenW (à la règle) le diamğtre d'un cheǀeu ? JuVWifier.

APPEL N°1 Appeler le professeur pour lui présenter le montage ou en cas de difficulté.

APPEL N°2 Appeler le professeur pour lui présenter le tableau et le graphique ou en cas de difficulté.

NoWer ici la meVure réaliVée

AcadĠmie d'OrlĠans-TourV Ńlorence TrouilleW 5

3. Exploitation (20 minuWeV conVeilléeV) J

3.1. RĠaliser l'edžpĠrience proposée à la question 2.2 eW TéWerminer avec préciVion l'Ġpaisseur a Tu cUeveu

3.2. L'incertitude sur la mesure du cheǀeu est donnĠe par J

avec comme incerWiWuTeV liéeV aux meVureVH leV valeurV J

U() = 1 nm ; U(D) = 1 cm eW U(l) = 1 mm.

On préciVe queH pour le laVerH = 650 nm.

Calculer U(a) et préVenWer le réVulWaW Te la meVure VouV la forme a U(a).

3.3. Quel shampoing conseiller à Britney ?

APPEL N°3 Appeler le professeur pour lui présenter le protocole ou en cas de difficulté. APPEL N°4 Appeler le professeur pour lui présenter l'exploitation ou en cas de difficulté. AcadĠmie d'OrlĠans-TourV Ńlorence TrouilleW 6

REPRES POUR L'VALUATION

Le canTiTat est en situation d'Ġǀaluation, l'edžaminateur ne doit pas fournir d'edžplicitation des erreurs ni de la

démarche à conduire. Ses interventions sont précises, elles servent de relance pour faire réagir le candidat ou

1. Réalisation de l'edžpĠrience

La compétence RNA eVW évaluée lorV TeV appelV 1 eW 2. Les critğres retenus pour l'Ġǀaluation de la compĠtence REALISER sont les suiǀants J

Respecter les gestes de sécurité ; Vuivre un proWocole (réaliVer un monWage Tonné eW Vuivre TeV

conVigneV) ; uWiliVer un Wableur. canTiTaW ToiW êWre capable J - de connaŠtre et respecter les prĠcautions d'usage du laser ;

- de réaliser le monWage correcWemenW en reVpecWanW VcrupuleuVemenW la TiVWance D = 1H5 m (impéraWif pour

que leV meVureV TonnéeV VoienW coUérenWeV avec la meVure réaliVée). CeV capaciWéV ne VeronW pluV évaluéeV par la VuiWe. - de réaliser des mesures précises ; - de créer un tableau avec 4 colonneV TanV une feuille Te calcul (a, l H a 1 eW ), d'y prĠciser les unitĠs et d'y reporter les mesures ; - de programmer correcWemenW une formule pour calculer a 1 eW ; - de réaliser le graphique demandé ;

- de réaliser le traitement statistique des données (insertion de la courbe Te WenTance + équaWion).

LGexaminaWeur évalue globalemenW ce que lui préVenWe le canTiTaW. Si cerWainV poinWV VonW flouV ou non préVenWVH

canTiTaW VacUe corriger Veul une malaTreVVe lorV TeV appelV. Si le canTiTaW y parvienWH le niveau acquiV pour RNA

eVW le niveau A.

l'edžaminateur fournit au candidat une solution partielle adaptée en fonction des besoins du candidat (ceWWe aiTe

pourra ġtre donnĠe ă l'oral ou sous forme ͨ papier ͩ ă l'aide des solutions partielles fournies). Le niveau acquis

eVW alorV le niveau B.

Le niveau acquiV eVW C si l'edžaminateur doit apporter au candidat deux VoluWionV parWielleV pour parvenir à réaliVer

leV WâcUeV TemanTéeV.

Si le canTiTaW ne parvienW paV à réaliVer leV WâcUeV TemanTéeV à parWir TeV VoluWionV parWielleV (ou Vi pluV Te Teux

VoluWionV lui VonW néceVVaireV), l'edžaminateur lui fournit alors la VoluWion WoWale préVenWée ci-TeVVouV. Le niveau

acquiV eVW le niveau D. AcadĠmie d'OrlĠans-TourV Ńlorence TrouilleW 7

Exemples de solutions partielles

Solution partielle 1 (REA) : je ne sais quelle formule entrer pour calculer Repérer la formule permettant de calculer l'Ġcart angulaire dans le document 2. Pour saisir une formule dans un tableur, il faut commencer obligatoirement par le signe = Solution partielle 2 (REA) : je ne sais pas tracer le graphique Sélectionner les colonnes C et D contenant les valeurs de et et, dans le menu Insertion, choisir Diagramme.

Etape 1 : une fenêtre apparaît ; il faut d'abord choisir le type de diagramme XY (Dispersion) et faire Suivant.

Etape 2 : cocher Sélectionner série de

données en colonne puis faire Suivant.

Etape 3 : faire Suivant sans rien modifier.

Etape 4 : renseigner les rubriques et faire

Terminer.

Solution partielle 3 (REA) : je ne sais pas comment obtenir la courbe de tendance Insérer une courbe de tendance. La fenêtre ci-dessous apparaît alors. peut déterminer son coefficient directeur et son ordonnĠe ă l'origine. AcadĠmie d'OrlĠans-TourV Ńlorence TrouilleW 8

Solution totale (REA)

Ouvrir le tableur Open Office et créer la feuille de calcul suivante :

A B C D

1 a (m) l (m) 1/a (m-1) (rad)

2 3,8E-05 3 5,0E-05 4 7,6E-04 5 1,00E-04 6 1,20E-04

En C2, entrer la formule = 1/A2 et copier la formule en Ġtirant la cellule ă l'aide de la poignĠe de recopie.

En D2, entrer la formule = B2/3 et copier la formule en Ġtirant la cellule ă l'aide de la poignĠe de recopie.

Sélectionner les colonnes C et D et, dans le menu Insertion, choisir Diagramme.

Etape 1 ͗ une fenġtre apparaŠt il faut d'abord choisir le type de diagramme XY (Dispersion) et faire Suivant.

Etape 2 : cocher Sélectionner série de

données en colonne puis faire Suivant.

Etape 3 : faire Suivant sans rien modifier.

Etape 4 : renseigner les rubriques et faire

Terminer.

Double-cliquer sur le digramme puis faire un clic droit l'un des points ͗ une fenġtre s'ouǀre. Il faut choisir Insérer une courbe de tendance. La fenêtre ci-contre apparaît alors. Cocher le type de régression Linéaire et Afficher déterminer son coefficient directeur et son ordonnée

ă l'origine.

2. Proposition d'un protocole

La compétence ANA eVW évaluée lorV Te l'appel 3. Le critère retenu pour l'Ġǀaluation de la compĠtence ANALYSER eVW le VuivanW J propoVer une VWraWégie (proWocole expérimenWal) pour réponTre à un problème poVé.

problème). On n'Ġǀaluera pas non plus la mesure la tąche centrale (cela a ĠtĠ fait lors de la partie 1).

AcadĠmie d'OrlĠans-TourV Ńlorence TrouilleW 9

Le candidat ToiW êWre capable J

- de s'inspirer de l'edžpĠrience prĠcĠdente pour proposer un protocole car la meVure TirecWe eVW impoVVible ;

- d'en rĠdiger clairement les Ġtapes (je remplace le fil par le cheǀeu tendu sur un cadre ; je meVure alorV la

largeur de la tache centrale et j'en dĠduis ; j'edžploite les mesures de l'edžpĠrience 1 pour dĠterminer a) ;

LGexaminaWeur évalue globalemenW ce que lui préVenWe le canTiTaW. Si cerWainV poinWV VonW flouV ou non préVenWVH

canTiTaW VacUe corriger Veul une malaTreVVe ou apporWe Veul un complémenW au proWocole lorV Te l'appel. Si le

canTiTaW y parvienWH le niveau acquiV pour ANA eVW le niveau A.

fournit au candidat une solution partielle adaptée en fonction des besoins du candidat (ceWWe aiTe pourra êWre

donnĠe ă l'oral ou VouV forme " papier ͩ ă l'aide des solutions partielles fournies). Le niveau acquiV eVW alorV le

niveau B.

Le niveau acquis est C si l'edžaminateur doit apporter au candidat deux réponVeV parWielleV pour parvenir à

Werminer la WâcUe TemanTée.

Si le canTiTaW ne parvienW paV à éWablir le proWocole TemanTé malgré leV solutions partielles, l'edžaminateur lui

fournit alors la VoluWion WoWale préVenWée ci-TeVVouV. Le niveau acquiV eVW le niveau D.

Exemples de solutions partielles

Solution partielle (ANA) : je ne sais quoi proposer ! Comment pourriez-vous utiliser l'edžpĠrience rĠalisĠe aǀec les fils tendus ?

Solution totale (ANA)

On remplace le fil par un cheveu et on mesure la longueur l de la tache de diffraction obtenue.

Sachant que

, on calcule l'Ġcart angulaire correspondant.

3. Exploitation de la mesure

La compétence VAL eVW évaluée lorV Te l'appel 4. Les critğres retenus pour l'Ġǀaluation de la compĠtence VALIDER sont les suiǀants J exploiter des mesures pour valider une information ; estimer l'incertitude d'une mesure.

Lors de lΖappel nΣ4, le professeur Ġǀalue l'edžploitation de la mesure de la tache centrale obtenue par la diffraction

par le cheveu et la présentation du résultat de la mesure. L'Ġlğǀe doit donc J

- exploiter les mesures (par exemple, utiliser le coefficient de proportionnalité) pour TéWerminer a ;

- calculer l'incertitude sur la mesure de a en appliquanW la formule Tonnée pour préVenWer correcWemenW la

valeur obWenue. (Ce Ternier poinW pourra êWre corrigé aprèV coup Vur la feuille-réponVe Vi le WempV vienW à

manquer.) AcadĠmie d'OrlĠans-TourV Ńlorence TrouilleW 10

L'examinateur évalue globalement ce que lui présente le candidat. Si cerWainV poinWV VonW flouV ou non préVenWVH

l'edžaminateur pourra les faire prĠciser au candidat à l'aide de questions ouvertes. L'examinateur attend que le

canTiTaW VacUe corriger Veul une malaTreVVe. Si le canTiTaW y parvienWH le niveau acquiV pour VAL eVW le niveau A.

au candidat une solution partielle adaptée en fonction des besoins du candidat (cette aide sera donnĠe ă l'oral).

Le niveau acquiV eVW alorV le niveau B.

Le niveau acquis est C si l'edžaminateur doit apporter au canTiTaW Teux réponVeV parWielleV pour parvenir à

Werminer la WâcUe TemanTée.

Si le canTiTaW ne parvienW paV rĠaliser l'edžploitation TemanTée ă partir des solutions partielles, l'edžaminateur lui

fournit alors la VoluWion WoWale préVenWée ci-TeVVouV. Le niveau acquiV eVW le niveau D.

Exemples de solutions partielles

Solution partielle 1 (VAL) : je suis bloqué(e) ! Commencer par calculer l'Ġcart angulaire correspondant au cheǀeu. Solution partielle 2 (VAL) : je ne sais pas comment retrouver a ! Vous aǀez calculĠ l'Ġcart angulaire correspondant au cheǀeu. Solution totale (VAL) : je ne sais pas comment retrouver a ! Commencer par calculer l'Ġcart angulaire correspondant au cheǀeu. pour calculer en m-1.

MéTuiVeY-en la valeur Te a en m.

AcadĠmie d'OrlĠans-TourV Ńlorence TrouilleW 11

ELEMENTS DE CORRECTION

Mesures J

a (m) l (m) 1/a (m-1) (raT)

3,80E-005 0,049 26316 1,63E-2

5,00E-005 0,038 20000 1,27E-2

7,60E-005 0,024 13158 8,00E-3

1,00E-004 0,018 10000 6,00E-3

1,20E-004 0,014 8333 4,67E-3

Le coefficienW TirecWeur correVponT bien à la longueur d'onde du laser !quotesdbs_dbs23.pdfusesText_29

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