Aurélie 18/12/06
 

Aide technique laboratoire ( d'après concours 2006) champ magnétique ; circuit RC ; optique : lentilles.

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Champ magnétique :

 

  1. On désire réaliser le spectre magnétique d'un aimant en U. Quel matériel faut-il utiliser ? Schématiser le spectre obtenu.
    - Quel est la nature du champ magnétique dans l'entrefer de l'aimant ?
  2. A l'aide d'une aiguille aimantée on souhaite identifier les pôles de l'aimant. Expliquer l'expérience réalisée.
  3. On veut étudier le champ magnétique crée par un solénoïde. On dispose du matériel suivant : solénoïde, multimètre, teslamètre relié à une sonde de mesure, fils de connexion, résistance ajustable, générateur de tension continue. Faire un schéma légendé du circuit à réaliser pour faire varier et mesurer l'intensité du courant qui traverse le solénoïde.
    - Quels sont les réglages à effectuer sur les appareils avant toute mesure de la valeur du champ magnétique.
    I(A)
    0
    1
    1,5
    2
    2,2
    2,4
    2,6
    2,8
    3
    B( mT)
    0
    3,1
    4,3
    5,8
    6,3
    6,9
    7,6
    8,4
    8,6
    -Tracer le graphe donnant la variation de B en fonction de I. Quelle relation existe t-il entre B et I ? Calculer le coefficient directeur de la droite.



 corrigé
Matériel pour réaliser le spectre magnétique d'un aimant en U :

limaille de fer, aimant en U, plaque de verre ; chaque grain de limaille se comporte comme une petite boussole qui s'oriente dans le champ de l'aimant

Le spectre obtenu :


Nature du champ magnétique dans l'entrefer de l'aimant : champ uniforme.

A l'aide d'une aiguille aimantée on souhaite identifier les pôles de l'aimant :

La nature des pôles de l'aiguille aimantée sont connus ; l'aiguille aimantée est placée à proximité de l'aimant ; le pôle nod de l'aiguile pointe vers le pôle sud de l'aimant.

On veut étudier le champ magnétique crée par un solénoïde. Schéma légendé du circuit à réaliser pour faire varier et mesurer l'intensité du courant qui traverse le solénoïde.


Réglages à effectuer sur les appareils avant toute mesure de la valeur du champ magnétique : réglage du zéro.

Graphe donnant la variation de B en fonction de I :

B et I sont proportionnels : B= 2,9 10-3 I avec B en T et I en A.


Circuit RC :

Un dipôle RC est soumis à une tension "carrée", u0 délivrée par un générateur basse fréquence (GBF).

A l'aide d'un oscilloscope bicourbe on veut visualiser simultanément la tension uG délivrée par le générateur et la tension uC aux bornes du condensateur.

  1. Représenter sur le schéma les branchements de l'oscilloscope ainsi que les flèches-tensions correspondantes.
  2. On observe l'oscillogramme suivant :

    A quelle courbe corrspond la tension uG ? la tension uC ?
    Calculer la période puis la fréquence de la tension uG.
    Commenter l'allure de la courbe B.
    Choisir parmi les valeurs suivantes la valeur approximative de la constante de temps
    t du dipôle RC. 5 ms ; 2 ms ; 1 ms.

 


 corrigé

La courbe A correspond la tension uG ; la courbe B à la tension uC.
La période : 10 ms correspondent à une période ( lecture graphe A) ; T= 0,01 s ; f=1/T= 100 Hz.

L'allure de la courbe B : partie croissante ( charge du condensateur) ; partie décroissante ( décharge du condensateur)
La valeur approximative de la constante de temps
t du dipôle RC :

La charge est pratiquement terminée à t = 5 t = 5 ms d'où t = 1 ms.


Optique :

 

  1. Parmi les valeurs ci-dessous, entourer les valeurs possibles pour l'indice de réfraction d'un milieu transparent : 0,5 ; 1 ; 1,5 ; -1,5 ; -0,5 ; 2.
  2. Représenter le symbole d'une lentille convergente, d'une lentille divergente.
  3. Comment distinguer rapidement ces deux types de lentilles ?
  4. On dispose de : banc d'optique, lentille de 5 dioptries, diaphragme réglable, lanterne, objet diffusant dehauteur 1 cm, écran.
    - Quelle est la distance focale de la lentille utilisée ? Donner son unité.
    - Est ce une lentille convergente ou divergente ? Justifier.
    - De quelle grandeur la dioptrie est-elle l'unité ?
    - On place l'objet à 50 cm de la lentille. Faire un schéma représentant à l'echelle, l'objet, la lentille et l'image A'B' de l'objet à travers la lentille.
    - Retrouver la position de l'image par calcul. Donner le grandissement.

 corrigé
Un indice de réfraction est positif et supérieur où égal à 1 ; valeurs possibles : 1 ; 1,5 ; 2.

Symbole d'une lentille convergente : <--------------> ; symbole d'une lentille divergente : >-----------------<

On distingue rapidement ces deux types de lentilles par le toucher : la lentille convergente a des bords plus minces que le centre ; une lentille divergente a les bords plus épais que le centre.

La distance focale de la lentille utilisée vaut f'=1/5 = 0,2 m

La vergence étant positive +5 dioptries = +5 d, la lentille est convergente.

position de l'image par calcul : les distances algébriques sont écrites en bleu et en gras.

formule de conjugaison des lentilles minces : 1/f' = 1/OA'-1/OA avec OA = -0,5 m ; 1/f' = 5.

1/OA' = 1/f' + 1/OA = 5-1/0,5 = 3 ; OA' =1/3 = 0,33 m.

grandissement : g = OA' /OA = 0,33 / (-0,5) = -0,67.



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