LE MICROSCOPE OPTIQUE Durée : 2 X 2h

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1 Discipline : Intitulé de la séance : Mesure et instrumentation LE MICROSCOPE OPTIQUE Durée : 2 X 2h Objectifs Objectifs : - Révision générale de la structure d'un microscope et découverte des microscopes du lycée - Retrouver les caractéristiques de l'image observée - Etalonner les objectifs Savoir faire (capacités) : - raisonner par comparaison à un exemple Démarche pédagogique utilisée : - Découverte et investigation Savoirs Savoirs (connaissances) (connaissances) : : - les parties du microscope - Précautions d'utilisation Savoir être (attitudes) : - écouter et prendre des notes - écouter et suivre les consignes - se concentrer sur un objectif Conditions : un microscope par élève Déroulement de la séance temps Activité professeur Activité élève Documents et supports Présentation du laboratoire Présentation des microscopes 10 min I/ Description du microscope Intervention orale Insiste sur le rangement, la manipulation et le branchement du microscope. Ecoutent Schéma à annoter 30 min Laisse 5 min aux élèves pour démarrer seuls en se basant sur leurs souvenirs Vérifie l'étendue des connaissances des élèves Complètent les annotations qu'ils connaissent. Comparent le schéma avec le microscope du labo Photo du microscope avec flèches d'annotation Microscope Mise en commun (mutualisation) des données d'annotation Complète les annotations manquantes Proposent leurs annotations 30 min Questionne sur les annotations qui pourraient manquer. Proposent leurs idées

2 Compléments Compléments sur l'utilité du réglage inter pupillaire et la vis de mise au point sur l'oculaire Ecoutent et prennent des notes II/ Fonctionnement du microscope 1) manipulation 40 min Distribue des lames avec papier millimétré collé dessus Suivent le protocole Complètent le document Lame avec papier millimétré Observe le comportement des élèves Donne des précisions individuelles sur les précautions à prendre. Donne des directives générales si nécessaire 2) principe de fonctionnement 10 min Présente succinctement le document et précise l'objectif : utiliser les données du texte pour comprendre le schéma et annoter le schéma. Lisent le document et réalisent l'exercice d'application Exercice d'application travail à la maison : 2/ Exercice à la maison : Corrige l'exercice d'application A partir des schémas précédents, compléter le schéma de l annexe 1 en représentant l objet à observer, son image virtuelle, son image réelle et le trajet optique des rayons lumineux qui permettent de les obtenir. A partir de la taille de l image virtuelle, calculer le grossissement de l objectif utilisé. A partir de la taille de l image réelle, calculer le grossissement de l oculaire. Calculer le grossissement total. Document distribué

3 Deuxième séance : correction du travail à la maison 30 min Très peu d'élèves avaient fait le travail; la réponse a souvent été : je ne comprends pas alors je ne fais pas. Rappels sur l'investissement demandé en première. Rappels des objectifs de l'exercice et remise au travail des élèves III/ Caractéristiques de l image observée 30 min Observe les élèves et intervient individuellement pour corriger. Suivent le protocole Protocole distribué Guide les débats Interroge pour corriger Proposent leurs corrections Donne des compléments : - Objectif à immersion - Manipulation du diaphragme Prennent des notes Des interventions ont été nécessaires pour la prise de notes, certains élèves ne notent rien du tout

4 IV/ Utilisation de la graduation oculaire pour la mesure d objets microscopiques 10 min Questionne les élèves sur le sujet (unités ) Débattent pour mutualiser leurs idées Microscope Distribue les lames micrométriques et les cellules de Mallassez Lisent le document 40 min Réalisent les observations et les mesures Des élèves qui ont compris proposent les résultats de leurs calculs et expliquent comment ils les ont obtenus Lames micrométriques et cellules de Mallassez Complètent le document Mise en commun conclusion sur l utilisation de la graduation oculaire pour mesurer un objet biologique. Réalisent des mesures s'ils ont le temps Riz Semoule Lames paramécies Lames bactéries travail à la maison : lire la partie V/ Maintenance du microscope Les pages suivantes contiennent les documents élèves et les documents prof

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6 TP N 1 LE MICROSCOPE OPTIQUE I/ Description du microscope Compléter les flèches d annotation du microscope en utilisant la liste suivante : objectif ; oculaire ; pied ; potence ; vis macro- et micrométriques ; platine ; révolver ; valet ou pince ; interrupteur ; diaphragme ; vis de déplacement de la préparation ; lampe ; variateur d intensité. On pourra aussi parler de l écartement des oculaires pour les régler à la distance inter pupillaire ainsi que du réglage dioptrique sur l oculaire

7 II/ Fonctionnement du microscope Manipulation : Ecrire votre prénom aussi petit que possible dans un rectangle de papier millimétré. Placer la lame sur la platine et réaliser une observation après avoir enclenché l objectif X10. Que remarquez-vous par rapport : A la taille de l image par rapport à la taille de l écriture : Au positionnement de l image : On observera le comportement des élèves et on précisera si nécessaire que la platine doit être basse pour y placer la préparation puis se monte sous le contrôle du regard jusqu au taquet, puis se descend doucement à l aide des vis macrométriques Au déplacement de l image lorsque vous déplacez la préparation sur la platine : Complément : Principe de fonctionnement du microscope Le microscope est constitué de deux lentilles convergentes : l'objectif et l'oculaire. L'objectif a une distance focale très petite et est placé près de l'objet à observer, fournissant une image réelle renversée fortement agrandie. Cette dernière est encore plus agrandie par l'oculaire qui fonctionne comme une loupe. L'objet observé est en fait une image virtuelle renversée.

8 Exercices d application : 1/ Sur le schéma du microscope : - placer une flèche pointant sur la zone où se forme l image réelle. - repérer de la même manière la position de l image virtuelle. 2/ Exercice à la maison : A partir des schémas précédents, compléter le schéma de l annexe 1 en représentant l objet à observer, son image virtuelle, son image réelle et le trajet optique des rayons lumineux qui permettent de les obtenir. A partir de la taille de l image virtuelle, calculer le grossissement de l objectif utilisé. A partir de la taille de l image réelle, calculer le grossissement de l oculaire. Calculer le grossissement total.

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10 Attention, il faut faire attention à la manière d imprimer cette page pour qu elle garde les proportions d origine et soit utilisable Œil

11 III/ Caractéristiques de l image observée 1/ Orientation de l image Réécrire ici que l image est inversée 2/ Grossissement Le grossissement total correspond au produit des grossissements de l objectif et de l oculaire. Observez le microscope et complétez le tableau ci-dessous : objectif Couleur du cerclage Grossissement de l objectif Grossissement total x4 x10 x40 x100 Remarque à propos de l objectif X100 : L objectif X100 est un objectif à immersion qui s utilise plongé dans une goutte d huile à immersion. C est une huile dont les caractéristiques permettent de concentrer le faisceau lumineux vers la lentille de l objectif. (évite la dispersion des rayons lumineux) Manipulation : Comment faire pour passer à un grossissement supérieur? Questionner les élèves puis faire noter une conclusion qui précise qu à partir d une image nette au X10, il faut juste enclencher l objectif suivant sans toucher au niveau de la platine. La netteté de l image au nouveau grossissement se retrouve à l aide des vis micrométriques. En augmentant le grossissement les élèves doivent aussi se rendre compte que la luminosité a diminué, d où le point suivant. 3/ Luminosité de l image Reprendre une observation à partir de l objectif X4 et noter comment évolue la luminosité de l image lorsque le grossissement augmente. Conséquence au niveau des manipulations : On notera ici qu il ne faudra pas oublier d augmenter la luminosité à l aide du variateur, surtout si on part d une image assez sombre pour ne pas être ébloui au départ. Complément : Observer de l effet obtenu en manipulant le diaphragme amélioration du contraste

12 4/ Taille du champ microscopique Le champ microscopique correspond à la surface de la préparation visible au microscope à un objectif donné. Manipulation : Décrire comment évolue la taille du diamètre du champ microscopique lorsque le grossissement augmente. Pour ceci, remplir le tableau ci-dessous en estimant le diamètre du champ microscopique à l aide de l observation du papier millimétré. objectif X4 Diamètre du champ microscopique (en mm) X10 X40 X100 Conclusion : comment évolue la taille du champ microscopique lorsque le grossissement augmente? 5/ La distance focale On considèrera ici qu elle est représentée par la distance entre l objectif et l objet à observer. Comment évolue la distance focale en fonction du grossissement? Il sera parfois intéressant de remarquer qu on n a aucune chance de voir une image nette avec un objectif x 40 à 2 cm de la préparation! 6) Le pouvoir de résolution ou de séparation Le pouvoir de séparation correspond à la plus petite distance entre deux points très rapprochés en-dessous de laquelle ces deux points sont confondus ; ils semblent alors ne faire qu un. - Dessiner sur un morceau de papier millimétré deux points très rapprochés qui vous paraissent confondus ; - Observer aux deux objectifs x10 et x40 et conclure.

13 IV/ Utilisation de la graduation oculaire pour la mesure d objets microscopiques Comment utiliser la graduation présente dans un des oculaires? Lancer le débat entre les élèves, demander dans quelle unité elle s exprime, demander si elle est valable pour chaque grossissement et avec quelle unité? arriver à la conclusion qu il faut l étalonner. Il existe deux méthodes pour étalonner le micromètre oculaire : - utilisation d'une lame de verre munie de graduations espacées de 0,010 mm : lame objet ; - utilisation de la cellule de Malassez. Dans les deux cas, le principe est le même : On fait coïncider la règle de l'oculaire avec celle de la lame objet ou avec la quadrillage de la cellule de Malassez ; On compte le nombre de divisions du micromètre oculaire couvrant un nombre exact de divisions de la lame objet ou, couvrant la longueur AB d'un rectangle ABCD de la cellule de Malassez ; On calcule la longueur d'une graduation de l'oculaire pour chaque objectif. Cette valeur permettra alors de mesurer la taille de différents objets. Objectif x10 Objectif x40 Objectif x100 ETALONNAGE : TAILLE D UNE GRADUATION Mesure d'un grain de riz Mesure d'un grain de sel ou de semoule Mesure de la longueur d'une paramécie Mesure du diamètre d'un coque Mesure de la longueur et de la largeur d'un bacille

14 DOCUMENT : Quadrillage de la cellule de MALASSEZ Etalonnage de la graduation de l'oculaire L'étalonnage de la graduation de l'oculaire est réalisé à l'aide d'une lame micrométrique dont une petite graduation correspond à 0,01 mm. L'illustration ci-dessous représente l'observation microscopique d une portion de lame micrométrique Graduation de la lame micrométrique graduation de la lame (traits micrométrique fins) (trait fin) Graduation de l'oculaire graduation (traits épais) de l oculaire (trait épais) En ajustant l alignement des deux graduations, on peut remarquer que : 20 graduations de l oculaire correspondent à 5 graduations de la lame micrométrique, soit 5 X 0,01 = 0,05 mm. Donc 1 graduation de l oculaire correspond à 0,05/20 = 0,0025 mm ou 2,5 µm

15 V/ Maintenance du microscope 1/ Premier niveau Le premier niveau de maintenance consiste à manipuler le microscope sans le détériorer. Pour cela : Consigne Risque en cas de non respect de la consigne Déplacer le microscope à deux mains, l une placée sous le socle et la seconde au niveau de la potence. Ne pas déplacer le microscope sur la paillasse en le faisant glisser. Il risque de ripper en subissant des chocs. Ne pas placer le microscope trop près du bord de la table. Eviter d enlever les oculaires Ne pas dévisser les différentes vis qui maintiennent les articulations du microscope. Vérifier en début de séance la propreté de la platine, du condenseur, des oculaires et objectifs. Nettoyer le microscope en fin de séance. Ranger le microscope après avoir baissé la platine, baissé le variateur, éteint l interrupteur, débranché et enroulé le câble d alimentation et replacé la housse En fonction des remarques des élèves, d autres points peuvent être rajoutés.

16 2/ Deuxième niveau Le deuxième niveau de maintenance consiste à nettoyer correctement le microscope pour assurer le longévité de ses constituants. Manipulation : Nettoyage de l ensemble optique : (oculaires, objectifs, condenseur) Les lentilles des parties optiques se nettoient à l aide d un papier d essuyage optique (exempté de particules abrasives, non imprégné d un produit et non pelucheux). Ne jamais frotter les lentilles de verre à sec ; toujours apporter de la buée avant de frotter avec un papier optique propre. Le nettoyage se fait préférentiellement en spirale du centre vers l extérieur. Si la partie sale persiste : nettoyage de la partie optique avec un papier d essuyage Optique légèrement imprégné d alcool isopropylique, suivi d un second passage avec du papier d essuyage optique uniquement. Si la partie sale persiste : idem mais avec un mélange alcool-éther. Si la partie sale persiste : placer un papier d essuyage optique sur un cure dent en bois (le bois ne raye pas le verre) et recommencer le nettoyage. Exemple de pliage pour emmailloter un cure dent : Exemple de pliage pour nettoyer au doigt :

17 3/ Troisième niveau Le troisième niveau de maintenance consiste à diagnostiquer des problèmes d observation et réaliser les ajustements nécessaires pour obtenir une image nette et de bonne qualité. On peut obtenir une mauvaise image pour différentes raisons, généralement, il s agit de : La propreté de la lame et de la lamelle couvre objet Le positionnement de la lame (pas à l envers). l épaisseur de la lamelle. La qualité de la préparation. la quantité d huile (absence de saleté. De bulles. pas coupé avec un autre produit comme de l eau dans l'huile). Ne pas mélanger différentes huiles à immersion, car peut abîmer les lentilles (composition différente. Certains fabricants vont jusqu à ne pas faire jouer la garantie sur une partie optique abîmée si l huile à immersion utilisée n est pas de la marque). Remarque: L'huile a un indice de réfraction (exemple : n = 1,516) et une viscosité. Mélanger des huiles de marques différentes revient à fabriquer une émulsion ( "sauce salade ") Un mauvais positionnement de la tourelle: porte objectifs (révolver porte objectifs). L éclairage et hauteur du condenseur mal réglé. Le diaphragme de champ est mal centré ou trop fermé. Le diaphragme d'ouverture est mal centré ou trop fermé. Le centrage de l'ensemble condenseur-diaphragme à iris. Si l'objectif est légèrement dévissé. Des saletés ou poussières peuvent se trouver dans l'oculaire. Des saletés ou poussières peuvent se trouver dans l objectif. Utilisation d'un objectif à immersion sans huile Des saletés ou poussières peuvent se trouver au niveau de la tête (au niveau des prismes). Problème de propreté de la surface des lentilles frontales (des objectifs, des oculaires, du condenseur). Sortie de la source lumineuse sale ou couverte de poussières La bague de réglage de tension ne doit pas être trop ou pas serrée. Distance inter-pupillaire n'est pas correcte. Le réglage dioptrique est incorrect.

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