A → 3 (la cytologie étudie la cellule) ; B → 4 (la génétique étudie l'hérédité) ; C → 2 (la géologie étudie la Terre et les roches) ; D → 1 (l'écologie étudie les relations entre les êtres vivants et leur milieu).

1. La loupe ne comporte qu'une seule lentille convergente : elle rapproche l'image de l'œil et donne une image agrandie et virtuelle de l'objet. Le microscope optique, lui, comporte plusieurs lentilles réparties en deux groupes, l'objectif et l'oculaire, qui agrandissent successivement l'image de l'objet éclairé par la lumière traversant une préparation fine.
2. La loupe permet d'observer des objets de petite taille mais déjà visibles à l'œil nu (petits organismes, partie d'une fleur), avec un grossissement faible. Le microscope optique permet d'observer des structures invisibles à l'œil nu, comme les cellules et les tissus, avec un grossissement bien plus important.

1. Grossissement total = Grossissement de l'oculaire × Grossissement de l'objectif.
2. Grossissement total = 10 × 100 = ×1000.
3. Nouveau grossissement total = 10 × 4 = ×40. Ce grossissement étant plus faible que le précédent (×40 contre ×1000), l'image observée sera moins agrandie ; l'élève voit alors un champ d'observation plus large mais avec moins de détails.

1. Dans le microscope optique, c'est un faisceau de lumière qui traverse la préparation puis les lentilles. Dans le microscope électronique, c'est un faisceau d'électrons qui traverse (ou balaie) l'échantillon.
2. Les électrons ont une longueur d'onde beaucoup plus petite que celle de la lumière visible. Or, la finesse des détails observables dépend de cette longueur d'onde : plus elle est petite, plus l'instrument peut distinguer des structures fines. C'est pourquoi le microscope électronique permet des grossissements bien supérieurs à ceux du microscope optique et révèle l'ultrastructure de la cellule (détails des organites), invisible avec la seule lumière.

1. L'élève doit prélever un petit fragment fin de la pellicule (épiderme) qui tapisse l'intérieur d'une écaille d'oignon, le déposer sur une lame de verre, ajouter une goutte d'eau (ou de colorant, par exemple du lugol, pour mieux distinguer les structures), puis recouvrir délicatement d'une lamelle en évitant la formation de bulles d'air, afin d'obtenir une préparation microscopique fine et transparente que la lumière pourra traverser.
2. L'élève place la préparation sur la platine du microscope, la fixe avec les valets, puis commence l'observation avec l'objectif de plus faible grossissement (par exemple ×4), afin de repérer facilement l'échantillon dans un large champ d'observation. Il règle ensuite la mise au point à l'aide de la vis macrométrique (réglage grossier) puis de la vis micrométrique (réglage fin), tout en ajustant l'éclairage, jusqu'à obtenir une image nette.
3. Une fois l'échantillon repéré et centré dans le champ à faible grossissement, l'élève fait pivoter la tourelle porte-objectifs pour passer à un objectif de grossissement supérieur (par exemple ×10 puis ×40), sans déplacer la préparation, puis affine la mise au point uniquement avec la vis micrométrique, car l'image reste globalement centrée si l'objectif précédent a bien été centré.
4. Certains organites de la cellule sont trop petits pour être révélés par la lumière visible utilisée par le microscope optique, dont le pouvoir de résolution est limité par la longueur d'onde de la lumière. Pour observer ces structures les plus fines (ultrastructure de la cellule), il faudrait utiliser un microscope électronique, qui utilise un faisceau d'électrons et permet des grossissements bien plus élevés.
5. Le choix de l'instrument d'observation dépend directement de la taille de la structure étudiée : la loupe convient à des objets déjà visibles à l'œil nu, le microscope optique permet de descendre à l'échelle de la cellule et des tissus, tandis que le microscope électronique est nécessaire pour explorer les détails les plus fins à l'intérieur de la cellule (ultrastructure). Chaque instrument a donc un domaine d'utilisation adapté à son pouvoir grossissant.