Physique Seconde
Analyser des résultats expérimentaux, les confronter à des résultats théoriques ...
Etablir les lois de Descartes en suivant un protocole. ... TP 2 : utiliser le résultat
de l'indice de réfraction de l'eau pour tracer le trajet d'un rayon lumineux issu du
...
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de lobjet vers loeil de lobservateur.
Cette séquence se déroule sur 3 séances :
Première séance : TP découverte noté : réflexion et étude de la réfraction
Deuxième séance : (1 h de cours) correction du TP, énoncé des lois de descartes, exercices dapplication.
Travail à faire pour la séance suivante : regarder le dessin et essayer de linterpréter en formulant plusieurs hypothèses.
Troisième séance : TP dinvestigation : pour expliquer le dessin, recherche de lindice de réfraction de leau.
Objectifs de l'activité proposéeCompétences disciplinaires :
1er TP : Comprendre et assimiler le vocabulaire lié aux phénomènes de réflexion et de réfraction de la lumière. Etablir les lois de Descartes en suivant un protocole.
2ème TP : Réinvestir les lois de descartes. Elaborer et mettre en uvre un protocole expérimental pour déterminer lindice de réfraction de leau.
FICHE PROFesseur
Cette séquence se déroule sur 3 séances :
Première séance : TP découverte noté : réflexion et étude de la réfraction
Deuxième séance : (1 h de cours) correction du TP, énoncé des lois de descartes, exercices dapplication.
Travail à faire pour la séance suivante : regarder le dessin et essayer de linterpréter en formulant plusieurs hypothèses.
Troisième séance : TP dinvestigation : pour expliquer le dessin, recherche de lindice de réfraction de leau.
Pré requis
Propagation rectiligne de la lumière, source de lumière (collège)
Sens de propagation de la lumière : de lobjet vers loeil de lobservateur.
Objectifs :
Compétences disciplinaires :
1er TP : Comprendre et assimiler le vocabulaire lié aux phénomènes de réflexion et de réfraction de la lumière. Etablir les lois de Descartes en suivant un protocole.
2ème TP : Réinvestir les lois de descartes. Elaborer et mettre en uvre un protocole expérimental pour déterminer lindice de réfraction de leau.
Compétences expérimentales
(BO)Dans le cadre des TPI. Compétences liées à lexpérimentationFormuler une hypothèse sur :
-un évènement susceptible de se produire ou de sêtre produit,
- un paramètre pouvant jouer un rôle dans un phénomène.TP2 : formuler une hypothèse concernant le trajet de la lumière du fond de leau vers lobservateur : y a -t-il eu réfraction, dans quel sens. Proposer une expérience :
-susceptible de valider ou dinfirmer une hypothèse,
-répondant à un objectif précis.Proposer détudier la réfraction air/eau ou eau/air et de déterminer lindice de réfraction de leau grâce à une série de mesures.Analyser des résultats expérimentaux, les confronter à des résultats théoriquesTP 1 : interpréter la série de mesures effectuées pour établir la proportionnalité entre sini et sinr
TP 2 : utiliser le résultat de lindice de réfraction de leau pour tracer le trajet dun rayon lumineux issu du fond du lac et comprendre la méprise du personnage.II. Compétences liées aux manipulations et aux mesuresAgir en suivant un protocole fourni (texte ou schéma).TP 1 : réaliser, à partir de la fiche, lexpérience permettant de mesurer les angles de réfraction successifs.Faire le schéma dune expérience.TP 2 : représenter le dispositif utilisé.Exprimer un résultat avec un nombre de chiffres significatifs compatibles avec les conditions de lexpérience.Les résultats (rapport sini/sinr dans TP 1 et neau dans TP 2) doivent être donnés avec un nombre correct de chiffres significatifs.Faire létude statistique dune série de mesures indépendantes en utilisant une calculatrice ou un tableur.TP 2 : Penser à faire plusieurs mesures plutôt quune seule afin de déterminer neau dans TP 2. (ceci étant suggéré dans TP 1)
Compétences liées à la langue françaiseTrier des informationsTP 1 : identifier les rayons incidents, réfléchis et réfractés, la normale daprès les définitions fournies.
Reconnaitre les angles incident et réfracté (mesurés à partir de la normale)Compétences liées aux mathématiquesUtiliser la relation de proportionnalité.Remarquer la proportionnalité entre sini et sinr dans TP 1
Lexploiter dans TP 2Utiliser les notions simples de statistiquesCalculer une valeur moyenne.
Etapes de la démarcheSéance
durées prévuesScénario Activités des élèves
et rôle du professeur (consignes, intentions
.)TP découverte
Une séance de TPRappel : la lumière se propage de façon rectiligne dans un milieu homogène.
Que se passe-t-il quand la lumière change de milieu ?
Le professeur distribue une fiche TP en indiquant quil sagit dun TP noté, quaucune connaissance préalable nest indispensable et quil ne répondra à aucune question : tout est expliqué sur la feuille.
Expérience présentée au bureau : un faisceau LASER arrive à la surface dun aquarium rempli dun mélange {eau+fluorescéine}. De la poudre de craie est dispersée de façon à mettre en évidence le rayon réfléchi.
Les élèves réalisent le travail et appellent le professeur quand cest indiqué ou en cas de problème.
Le professeur passe dans les rangs et évalue les élèves et débloque les situations problématiques.structuration des connaissances
Exercices
Situation déclenchante1h cours
Fin
du coursMise en commun des différentes lois proposées par les élèves.
Enoncé des lois de Descartes.
Exercices dapplication (ex : calcul dangle de réfraction)
Le professeur donne le dessin humoristique et demande aux élèves de chercher des hypothèses permettant dinterpréter la situation.
OU : expérience : une masse marquée est placée dans une cuvette vide. Les élèves séloignent de façon à ne plus voir la masse. Ils restent alors dans cette position. Lorsque le professeur verse de leau dans la cuvette, les élèves voient la masse réapparaître.
Elaboration dhypothèses,
de protocole expérimental.
Séance de Travaux Pratiques
Début
Interactif
Autonome (par 2)
interactifLe professeur demande aux élèves comment ils ont interprété le dessin (ou lexpérience).
Eléments de réponses attendus :
le personnage ne voit pas le fond de leau là où il se trouve réellement.
La lumière issue du fond du lac ne sest pas propagée de façon rectiligne.
Il y a eu réfraction lors du passage de leau à lair.
Lindice de réfraction de leau est différent de celui de lair.
Problème : comment vérifier ces hypothèses ? Comment déterminer expérimentalement lindice de réfraction de leau ?
Les élèves observent le matériel à disposition
( - une lanterne munie dune fente, produisant un faisceau fin de lumière blanche
- un demi cylindre creux gradué en degré sur sa partie arrondie avec lorigine au centre)
Ils élaborent un protocole pour déterminer lindice de réfraction de leau. La difficulté étant de choisir détudier la réfraction air/eau et de mesurer la valeur de langle incident (dans lair)
Mise en commun : les binômes énoncent leurs idées et leurs problèmes et le « mode demploi » du matériel est expliqué pour toute la classe.
Investigation
expérimentale
En groupe
Les élèves réalisent les expériences et mesures, calculent le rapport moyen de sinr/sini et en déduisent lindice de réfraction de leau.Conclusion du TPFin du TP ou à la maisonUtiliser la valeur de lindice de réfraction de leau pour faire un schéma cohérent de 2 rayons lumineux issus dun point du fond du lac. Utiliser linformation concernant linterprétation par le cerveau dun signal visuel pour interpréter la méprise du personnage. EvaluationLes élèves rédigent le compte rendu à laide des consignes données sur la fiche TP
Bilan de lévaluation :
La première note permet dévaluer les capacités de lélève à trouver et utiliser des informations dans un document écrit et à suivre un protocole détaillé.
La deuxième note permet dévaluer les capacités à réinvestir des connaissances et à imaginer une démarche scientifique pour résoudre un problème.
Variantes:
On peut utiliser le dessin humoristique pour introduire la notion de réfraction, faire ensuite une seule étude expérimentale de la réfraction et conclure à partir de lindice de réfraction de leau, fourni.
Les lois de descartes pour la réfraction peuvent être établies à partir du tracé dun graphe :
sinr = f(sini), suivi du calcul du coefficient directeur.
FICHE ELEVE 1 T.P: Réflexion et réfraction des rayons lumineux
objectif : Etudier comment se propage la lumière quand elle change de milieu.
I. Mise en évidence des phénomènes de réflexion et de réfraction :
On s'intéresse à la propagation d'un rayon lumineux produit par un LASER et qui arrive à la surface de leau (S). Ce rayon est appelé rayon incident.
SYMBOL 248 \f "Wingdings" Observer lexpérience réalisée au bureau et compléter le schéma ci-dessous en faisant figurer:
- le dioptre : surface de séparation entre lair et leau
- le point d'incidence I : point d'intersection entre le rayon incident et cette surface (S)
- la normale (N) au dioptre : droite perpendiculaire au dioptre et passant par I
- langle d'incidence i : angle entre le rayon incident et la normale.
- le rayon réfléchi : rayon renvoyé par le dioptre, dans le même milieu que le rayon incident
- le rayon réfracté : rayon qui se propage de lautre côté du dioptre, dans le deuxième milieu.
On appelle plan d'incidence le plan défini par le rayon incident et la normale.
rayon incident
conclusion : On appelle réfraction de la lumière, .........................................................................................
( Appeler le professeur
II. Etude expérimentale des lois de la la refraction
1) Dispositif d'étude
On dispose : -dun disque gradué indiquant les angles en degré
dun demi cylindre de plexiglas (matériau transparent)
dune lanterne munie dune fente, produisant un faisceau fin de lumière
SYMBOL 70 \f "Wingdings" Placer le demi-disque de plexiglas sur le disque gradué de façon à ce que son diamètre se superpose avec l'axe 90°-90° du disque.
SYMBOL 248 \f "Wingdings" Que représente l'axe 0°-0° du disque ?
........................................................................................
SYMBOL 248 \f "Wingdings" Que vaut langle incident sur le schéma ci-contre ?
........................................................................................
2) Première loi de Descartes
SYMBOL 70 \f "Wingdings" Allumer la lanterne et faire tourner lentement le disque vers la droite jusqu'à ce que le l'angle d'incidence atteigne 50°
SYMBOL 248 \f "Wingdings" Sur le schéma du dispositif, faire figurer :
- le point dincidence I
- la droite normale (N)
- l'angle d'incidence i,
- le rayon réfléchi et l'angle de réflexion i' entre la normale et le rayon réfléchi
- le rayon réfracté et langle réfracté r entre la normale et le rayon réfracté
( Appeler le professeur
SYMBOL 248 \f "Wingdings" Vérifier que les rayons incident, réfléchi , réfracté et la normale (N) sont toujours dans un même plan. De que plan s'agit-il ?
........................................................................................
1èr loi de Descartes: Les rayons incidents, réfléchis et réfractés se situent dans le ........................................
SYMBOL 248 \f "Wingdings" Que remarque-t-on concernant langle de réflexion ?
........................................................................................
3) Deuxième loi de Descartes pour la réfraction
SYMBOL 70 \f "Wingdings" Mesurer, pour différentes valeurs de l'angle d'incidence, les valeurs de l'angle réfracté. Compléter le tableau suivant (attention à toujours travailler avec le même nombre de chiffres significatifs):
i (en °)010204060r (en °)sin i0sinrsin i
sin rnon défini
SYMBOL 248 \f "Wingdings" Que peut-on dire du rapport (sini / sin r) ?
....................................................................................................................................................................
( Appeler le professeur
SYMBOL 248 \f "Wingdings" Chaque milieu de propagation de la lumière est caractérisé par son indice de réfraction. On donne pour indice de réfraction de l'air et du plexiglas : nair = 1,0 ; nplexiglas = 1,5. Calculer le rapport :
n(milieu de réfraction) n........................
________________ =_____________________ = ____________ =........................
n(milieu incident) n..........................
SYMBOL 248 \f "Wingdings" Compléter la 2ème loi de Descartes sur la réfraction en utilisant le vocabulaire adéquat :
Deuxième loi de Descartes sur la réfraction :
Soient n1 l'indice de réfraction du milieu d'incidence et n2 l'indice de réfraction du milieu de réfraction, alors les angles ................................................... et ..................................................... sont liés par la relation :
........................................ = .....................................
( Appeler le professeur
Nom : Prénom : Classe : 2
Note / 20
Fiche dévaluation TP réflexion et réfraction de la lumière
Réfraction air/eaudioptre(((((((((((((((Point I (((((((((((((((normale N(((((((((((((((Angle dincidence(((((((((((((((Rayon réfléchi(((((((((((((((Rayon réfracté(((((((((((((((Réfraction air/plexiglasmise en place dispositif expérimental(((((((((((((((identification de la
normale(((((((((((((((Lecture de langle dincidence(((((((((((((((réglage angle incidence(((((((((((((((identification i'(((((((((((((((identification r(((((((((((((((1ère loiénoncé(((((((((((((((Observation de i(((((((((((((((2ème loivaleurs i et r(((((((((((((((calculs sin r(((((((((((((((calcul rapport sinus(((((((((((((((rapport sinus constant(((((((((((((((calcul rapports nplexi / nair(((((((((((((((énoncé 2ème loi(((((((((((((((TOTAL
20
FICHE ELEVE 2 T.P: Détermination de lindice de réfraction de leau
Travail préparatoire :
EMBED PBrush
Observer le dessin
Essayer de comprendre les paroles du Pr Messer
Emettre des hypothèses sur la cause de la mésaventure du personnage
Aides : - dictionnaire anglais ou anglais / français
TP précédent et cours correspondant
Réalisation :
Objectif : déterminer lindice de réfraction de leau afin de comprendre la mésaventure arrivée au Pr. Messer
Mise au point dun protocole expérimental
Observer le matériel disponible et établir un protocole expérimental destiné à mesurer lindice de réfraction de leau.
Schéma du dispositif
Faire un schéma légendé du dispositif
Mesures et exploitation : détermination de lindice de réfraction de leau
Réaliser les mesures nécessaires et en déduire lindice de réfraction de leau
Utilisation pour interpréter le dessin
Faire un schéma où seront représentés :
un observateur sur la berge
le fond du lac
la surface de leau
2 rayons lumineux issus dun même point du fond du lac dirigés grossièrement vers lobservateur. (On utilisera la valeur de lindice de réfraction de leau déterminé plus tôt pour représenter correctement ces rayons)
Sachant quun observateur « voit » un objet dans le prolongement des rayons qui parviennent à ses yeux, localiser limage du point du fond du lac.
Conclure
Physique Seconde
eau
air
EMBED PBrush