L œil et l appareil photo

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1 Sommaire IIIb. ÉNONCÉ DESTINÉ AU CANDIDAT Choix expérimentaux pour une meilleure précision de mesure (10 minutes conseillées) Mise en place du dispositif expérimental et mesure de la distance lentille image OA' (10 minutes conseillées)... Erreur! Signet non défini. 3. Détermination de la distance focale de la lentille et de son incertitude (30 minutes conseillées)erreur! Signet non défini. 4. Retour sur le texte d introduction (10 minutes conseillées)... 6 V. GRILLE D ÉVALUATION... 9 Page 1 sur 11

2 NOM : Prénom : Ce sujet comporte 5 feuilles individuelles sur lesquelles le candidat doit consigner ses réponses. Le candidat doit restituer ce document avant de sortir de la salle d'examen. Le candidat doit agir en autonomie et faire preuve d initiative tout au long de l épreuve. En cas de difficulté, le candidat peut solliciter le professeur afin de lui permettre de continuer la tâche. Le professeur peut intervenir à tout moment, s il le juge utile. L utilisation de la calculatrice est autorisée. CONTEXTE DU SUJET L écran de l appareil photo reproduit ce que voient nos yeux. Certains photographes considèrent leur appareil photo comme leur 3 ème œil. Grâce à son cristallin, l œil qui capte l information visuelle sur sa rétine et le cerveau traite et stocke l information captée. De même, grâce à une lentille convergente, l appareil photo numérique capte l information visuelle sur un écran, constitué de capteurs de lumière CCD (Chargé de «capter» l image) qui la convertisse en signal électrique qui est stocké dans une mémoire (carte ou disquette située dans l appareil). Cependant, comment fait-on pour obtenir une image nette avec un appareil photo? Pourquoi parle-t-on de mise au point alors que pour l œil nous parlons d accommodation? Fonctionnent-t-ils de la même manière? Page 2 sur 11

3 Document 1: l œil un modèle pour l appareil photo L œil et l appareil photo L œil réel et l œil réduit L œil est un système optique complexe auquel s ajoute un capteur, la rétine. L iris est la membrane colorée qui donne sa couleur à nos yeux ; en se contractant et en se dilatant, elle va moduler la quantité de lumière qui traverse le trou percé en son centre, la pupille. Grâce à son cristallin, l œil forme une image sur sa rétine et le cerveau traite et stocke l information captée. En effet l arrière de cette membrane interne de l œil est tapissé de cellules photosensibles. Une fois la lumière captée par la rétine, l information est transmise par le nerf optique au cerveau pour y être interprétée. Schéma en coupe de l œil réel simplifié. Document 2 : la mise au point d un appareil photographique L appareil photo est, comme pour l œil, modélisé par une lentille convergente, un diaphragme et un film ou un capteur. Sur un appareil photographique, il est nécessaire de régler la distance lentille-pellicule quand la distance objet - lentille varie : c'est le rôle de la mise au point. Document 3 : les affirmations du professeur Tridiop Le professeur Tridiop a réalisé des recherches sur les lentilles convergentes : Voilà quelques une de ses affirmations : «Il est à noter que l'image se forme à une distance très précise de la lentille. La position de l image donnée par une lentille convergente dépend d une part de la lentille utilisée (plus exactement de la distance focale f de celle-ci) et d'autre part de la position de l objet. I. Etude quantitative : En effet, pour une distance objet-lentille fixée, plus la distance focale de la lentille est grande plus l'image se forme loin de la lentille. Et Pour une distance focale fixée, plus on augmente la distance objet-lentille, plus l'image se forme près de la lentille" Page 3 sur 11

4 TRAVAIL À EFFECTUER 1. Choix expérimentaux afin de réaliser l œil réduit(10 minutes conseillées) L objectif ici est de modéliser le fonctionnement de l œil à l aide du matériel du laboratoire : l œil réduit. Matériel à disposition afin de réaliser l œil réduit: - Banc d optique - Lanterne lumineuse munie d un objet F - Lentille convergente de distance focale égale à 12,5cm ( C= 1/f = 1/0,125= 8) - Diaphragme - Ecran En vous aidant du document 1 et du matériel mis à disposition, compléter le tableau en associant chaque élément de l œil réel à un élément de l œil réduit. Œil réel Cristallin Iris Pupille Rétine Œil réduit Lentille convergente Diaphragme Diaphragme Ecran 2. Mise en place du dispositif expérimental. Réaliser maintenant l œil réduit. Placer l objet loin de la lentille (à environ 30 cm) et déplacer l écran de manière à obtenir sur ce dernier une image nette. On trouve pour OA = -30cm 21cm <OA <24cm et a = 1,5 cm Compléter la Conclusion : l œil réduit est constitué d un diaphragme accolé à une lentille convergente associés à un écran où se forme l image projetée par la lentille. APPEL n 1 Appeler le professeur pour lui présenter les réponses ou en cas de difficulté 3. La mise au point de l appareil photo Matériel à disposition : - Différentes lentilles convergentes - Banc d optique gradué - Objet plan - Ecran blanc Réaliser le modèle de l appareil photo décrit dans le document 2. Placer l objet à 100 cm d une lentille convergente de distance focale f= 12,5 cm. Former, sur l écran une image nette de cet objet Mesurer la distance lentille-image avec son incertitude. Pour OA= -100cm on trouve 12cm<OA <14cm avec a = 1cm Exemple de mesure : classe de positions x pour la mise au point d une image sur un banc d optique xmin < x < xmax ; demi-largeur : a (xmax xmin)/ Rapprocher l objet à une distance de 20 cm de la lentille. L image sur l écran devient floue. Pour cette nouvelle position de l objet en vous aidant du document 2, réaliser une mise au point Précisez la grandeur physique modifiée et indiquer la nouvelle valeur obtenue avec son incertitude. On déplace l écran afin de retrouver où se trouve l image nette. Page 4 sur 11

5 Avec OA=-20cm on trouve 35cm<OA <45cm avec a= 5cm Quelle affirmation est validée dans le document 3. La position de l image donnée par une lentille convergente dépend d une part de la position de l objet. Pour une distance focale fixée, plus on augmente la distance objet-lentille, plus l'image se forme près de la lentille" APPEL n 2 Appeler le professeur pour lui présenter les réponses ou en cas de difficulté 4. L accommodation de l œil Matériel à disposition : - Différentes lentilles convergentes - Banc d optique gradué - Objet plan - Ecran blanc 4.1 Réaliser le modèle de l œil réduit décrit dans le document 1. Réaliser la même expérience que précédemment : Placer l objet à 100 cm d une lentille convergente de distance focale f= 10 cm. Former, sur l écran une image nette de cet objet. Rapprocher l objet à une distance de 20 cm de la lentille. L image sur l écran devient floue. 4.2 D après le document 1 est-il possible de modifier la distance cristallin-rétine? Il n est pas possible de modifier la distance cristallin-rétine. 4.3 Pour obtenir sur la rétine une image nette d un objet proche, l œil s accommode. L action des muscles ciliaires a pour effet de bomber le cristallin, lentille convergente de l œil réduit. Quel paramètre est alors modifié? En se bombant le cristallin, lentille convergente de l œil, change sa vergence C afin de ramener l image sur la rétine. APPEL n 3 Appeler le professeur pour lui présenter les réponses ou en cas de difficulté 4.4 Pour cette nouvelle position de l objet, réaliser l accommodation de l œil réduit. 4.5 Indiquer la nouvelle valeur de la grandeur physique modifiée. On donnera son incertitude. Pour OA=-20cm et OA =14cm on utilise une lentille de vergence C= Quelle affirmation est validée dans le document 3. La position de l image donnée par une lentille convergente dépend d une part de la lentille exactement de la distance focale f de celle-ci). utilisée (plus En effet, pour une distance objet-lentille fixée, plus la distance focale de la lentille est grande plus l'image se forme loin de la lentille. Page 5 sur 11

6 APPEL facultatif Appeler le professeur en cas de difficulté 4. Retour sur le texte d introduction (10 minutes conseillées) Les phénomènes de mise au point de l appareil photo et d accommodation de l œil sont-ils identiques? Pour réaliser la mise au point de l appareil photo, on fait varier la distance lentille-écran afin de retrouver l image nette. En effet pour chaque position de l objet il y a une position de l image bien distincte. Pour l accommodation, le cristallin choisit sa vergence afin que l image nette se forme systématiquement sur la rétine. En effet la position de l image dépend aussi de la vergence de la lentille. Défaire le montage et ranger la paillasse avant de quitter la salle. Page 6 sur 11

7 IV. REPÈRES POUR L ÉVALUATION Niveau A B C D ANA, REA, VAL, APP ANA, REA, VAL, APP COM Coefficient 1 Coefficient 2 ou 3 Coefficient 1 Le candidat a réalisé l'ensemble du travail demandé de manière satisfaisante selon les critères précisés dans le sujet ou avec une ou deux interventions de l examinateur, concernant des difficultés identifiées et explicitées par le candidat et auxquelles il apporte une réponse quasiment de luimême. Le candidat a réalisé l'ensemble du travail demandé de manière satisfaisante selon les critères précisés dans le sujet grâce à une ou deux questions ouvertes de l examinateur concernant des difficultés ou erreurs non identifiées par le candidat mais résolues par celui-ci, après y avoir réfléchi. Le candidat a réalisé l'ensemble du travail demandé de manière satisfaisante selon les critères précisés dans le sujet ou avec une ou deux interventions de l examinateur, concernant des difficultés identifiées et explicitées par le candidat et auxquelles il apporte une réponse quasiment de lui-même, ou bien grâce à une ou deux questions ouvertes de l examinateur concernant des difficultés non identifiées par le candidat mais résolues par celui-ci, après y avoir réfléchi. Le candidat a réalisé l'ensemble du travail demandé de manière satisfaisante selon les critères précisés dans le sujet mais grâce à plus de deux questions ouvertes de l examinateur concernant des difficultés ou erreurs non identifiées par le candidat mais résolues par celui-ci, après y avoir réfléchi ou bien avec l apport d une seule solution partielle. Dans le cas où il n y a qu une seule tâche demandée, le candidat reste bloqué dans son avancement, malgré les questions ouvertes posées par l examinateur. Des solutions partielles sont apportées au candidat, lui permettant finalement d achever seul le travail demandé. Ou bien, plusieurs tâches distinctes sont demandées pour évaluer la compétence et au moins une tâche est menée à bien par le candidat, les autres solutions totales étant données. Dans le cas où il n y a qu une seule tâche demandée, le candidat a été incapable de la réaliser malgré les solutions partielles apportées par l examinateur. Ou bien, le candidat a été incapable de réaliser au moins une des tâches demandées malgré l apport d une ou de plusieurs solutions totales quand plusieurs tâches sont demandées pour évaluer la compétence. Cette situation conduit l examinateur à fournir une solution complète correspondant à l ensemble de la tâche (ou des tâches): par exemple un protocole à réaliser ou des valeurs à exploiter pour permettre l évaluation des autres compétences du sujet. La ou les solutions totales ne sont pas fournies lorsque la compétence est évaluée en fin d épreuve. Le candidat a réalisé une communication cohérente, complète et avec un vocabulaire scientifique adapté. Le candidat a réalisé une communication cohérente, incomplète, mais il l a exprimée pour l essentiel avec un vocabulaire scientifique adapté. Le candidat a réalisé une communication manquant de cohérence, incomplète ou bien avec un vocabulaire scientifique non adapté. Le candidat a réalisé une communication incohérente ou bien la communication est absente. Le candidat est en situation d évaluation, l examinateur ne doit pas fournir d explicitation des erreurs ni de la démarche à conduire. Ses interventions sont précises, elles servent de relance pour faire réagir le candidat ou bien pour lui permettre d avancer pour être évalué sur d autres compétences. Les erreurs détectées par l évaluateur en continu ou lors d un appel sont forcément suivies d un questionnement ou d un apport de solution si ces erreurs conduisent le candidat à une impasse. Page 7 sur 11

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9 compétences ANAlyser REAliser VALider NOTE sur 20 : Remarques Coefficient N Nom Prénom A niveaux validés B C D N Nom Prénom A niveaux validés B C D N Nom Prénom A niveaux validés B C D N Nom Prénom A niveaux validés B C D L œil et l appareil photo V. GRILLE D ÉVALUATION Page 9 sur 11

10 Annexe de la fiche V niveauvaleurs mpétencomp Compétences évaluées Coefficient A 2 PPropAPP ANAlyser 1 B 1 NAlysANA RÉAliser 3 C -1 ÉAliseRÉA VALider 2 D -2 ALideVAL COMmuniCOM Compétences Coefficient ANA 1 A A A A A A A A A A A A A A A A RÉA 3 A A A A B B B B C C C C D D D D VAL 2 A B C D A B C D A B C D A B C D Note Compétences Coefficient ANA 1 B B B B B B B B B B B B B B B B RÉA 3 A A A A B B B B C C C C D D D D VAL 2 A B C D A B C D A B C D A B C D Note Compétences Coefficient ANA 1 C C C C C C C C C C C C C C C C RÉA 3 A A A A B B B B C C C C D D D D VAL 2 A B C D A B C D A B C D A B C D Note Compétences Coefficient ANA 1 D D D D D D D D D D D D D D D D RÉA 3 A A A A B B B B C C C C D D D D VAL 2 A B C D A B C D A B C D A B C D Note Page 10 sur 11

11 BACCALAURÉAT SÉRIE S PHYSIQUE-CHIMIE ÉVALUATION DES COMPÉTENCES EXPÉRIMENTALES FEUILLE INDIVIDUELLE DE NOTATION DU CANDIDAT NOM : Prénom : CANDIDAT N d inscription : Centre d examen : Compétences s APProprier Coefficient ANAlyser 1 RÉAliser 3 VALider 2 COMmuniquer ÉVALUATION Niveaux validés A B C D Note : /20 Commentaires sur l observation pendant la séance : Nom de l évaluateur : Date et signature de l évaluateur : NOTE FINALE DE L EPREUVE DE PHYSIQUE-CHIMIE, CALCULEE PAR LE SERVICE DES EXAMENS : N = 0,8xN 1 + 0,2xN 2 N 1 : note de l écrit, sur 20 (au demi-point près) N 2 : note obtenue lors de l épreuve d évaluation des compétences expérimentales, sur 20 (au demi-point près) N : note finale de l épreuve de physique-chimie (arrondie au point supérieur) Page 11 sur 11