Discipline : Mesure et instrumentation

Intitulé de la séance :

Objectifs :

Savoirs (connaissances) :

Déroulement de la séance temps Activité professeur Activité élève Documents et supports

Présentation du laboratoire Présentation des microscopes Schéma à annoter Mise en commun (mutualisation) des données d'annotation

10 min 30 min 30 min

Intervention orale Insiste sur le rangement, la manipulation et le branchement du microscope. Laisse 5 min aux élèves pour démarrer seuls en se basant sur leurs souvenirs Vérifie l'étendue des connaissances des élèves Complète les annotations manquantes Questionne sur les annotations qui pourraient manquer.

Ecoutent Complètent les annotations qu'ils connaissent. Comparent le schéma avec le microscope du labo Proposent leurs annotations Proposent leurs idées

Photo du microscope avec flèches d'annotation Microscope

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

Savoirs (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

Durée : 2 X 2h

Démarche pédagogique utilisée : - Découverte et investigation

Conditions : un microscope par élève

LE MICROSCOPE OPTIQUE

I/ Description du microscope

Compléments 1) manipulation 2) principe de fonctionnement

40 min 10 min

Compléments sur l'utilité du réglage inter pupillaire et la vis de mise au point sur l'oculaire Distribue des lames avec papier millimétré collé dessus Observe le comportement des élèves Donne des précisions individuelles sur les précautions à prendre. Donne des directives générales si nécessaire Présente succinctement le document et précise l'objectif : utiliser les données du texte pour comprendre le schéma et annoter le schéma. Corrige l'exercice d'application

Ecoutent et prennent des notes

Suivent le protocole Complètent le document Lisent le document et réalisent l'exercice d'application

Lame avec papier millimétré Exercice d'application Document distribué

II/ Fonctionnement du microscope

travail à la maison : 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.

Deuxième séance : correction du travail à la maison

30 min 30 min

Observe les élèves et intervient individuellement pour corriger. Guide les débats Interroge pour corriger Donne des compléments :

- Objectif à immersion - Manipulation du diaphragme

Suivent le protocole Proposent leurs corrections Prennent des notes

Protocole distribué

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

Des interventions ont été nécessaires pour la prise de notes, certains élèves ne notent rien du tout

Les pages suivantes contiennent les documents élèves et les documents prof

10 min 40 min

Questionne les élèves sur le sujet (unités …) Distribue les lames micrométriques et les cellules de Mallassez

Débattent pour mutualiser leurs idées Lisent le document Réalisent les observations et les mesures Des élèves qui ont compris proposent les résultats de leurs calculs et expliquent comment ils les ont obtenus Complètent le document Réalisent des mesures s'ils ont le temps

Microscope Lames micrométriques et cellules de Mallassez Riz Semoule Lames paramécies Lames bactéries

IV/ Utilisation de la graduation oculaire pour la mesure d’objets microscopiques

travail à la maison : lire la partie V/ Maintenance du microscope

Mise en commun conclusion sur l’utilisation de la graduation oculaire pour mesurer un objet biologique.

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.

1

8

2

9

3

10

4

11

5

12

6

13

7

14

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

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.

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 :

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.

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

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.

Œil

Attention, il faut faire attention à la manière

d’imprimer cette page pour qu’elle garde les

proportions d’origine et soit utilisable

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 :

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

objectif Couleur du cerclage

Grossissement de l’objectif

Grossissement total

x4

x10

x40

x100

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 Diamètre du champ microscopique

(en mm)

X4

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.

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

graduation de la lame micrométrique

(trait fin)

graduation de l’oculaire (trait épais)

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

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

Donc

1 graduation de l’oculaire correspond à 0,05/20 = 0,0025 mm ou 2,5 µm

Graduation de la lame micrométrique (traits fins)

Graduation de l'oculaire (traits épais)

5 X 0,01 = 0,05 mm.

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.

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 :

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.