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Physique Seconde Etude de la réflexion et de la réfraction de la lumière Type d

Physique Seconde Etude de la réflexion et de la réfraction de la lumière Type d'activité 1 TP noté puis 1 TP d’investigation Connaissances, capacités et attitudes évaluées Connaissances Pas de connaissances préalables exigées Capacités Formuler une hypothèse sur : -un évènement susceptible de se produire ou de s’être produit, - un paramètre pouvant jouer un rôle dans un phénomène. Proposer une expérience : -susceptible de valider ou d’infirmer une hypothèse, -répondant à un objectif précis. Analyser des résultats expérimentaux, les confronter à des résultats théoriques Trier des informations Attitudes Agir en suivant un protocole fourni (texte ou schéma). Exprimer un résultat avec un nombre de chiffres significatifs compatibles avec les conditions de l’expérience. Faire l’étude statistique d’une série de mesures indépendantes en utilisant une calculatrice ou un tableur. Conditions de mise en œuvre Pré requis Propagation rectiligne de la lumière, source de lumière (collège) Sens de propagation de la lumière : de l’objet vers l’oeil de l’observateur. 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 d’application. Travail à faire pour la séance suivante : regarder le dessin et essayer de l’interpréter en formulant plusieurs hypothèses. Troisième séance : TP d’investigation : pour expliquer le dessin, recherche de l’indice de réfraction de l’eau. Objectifs de l'activité proposée 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 œuvre un protocole expérimental pour déterminer l’indice de réfraction de l’eau. Physique Seconde 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 d’application. Travail à faire pour la séance suivante : regarder le dessin et essayer de l’interpréter en formulant plusieurs hypothèses. Troisième séance : TP d’investigation : pour expliquer le dessin, recherche de l’indice de réfraction de l’eau. Pré requis Propagation rectiligne de la lumière, source de lumière (collège) Sens de propagation de la lumière : de l’objet vers l’oeil de l’observateur. 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 œuvre un protocole expérimental pour déterminer l’indice de réfraction de l’eau. Compétences expérimentales (BO) Dans le cadre des TP I. Compétences liées à l’expérimentation Formuler une hypothèse sur : -un évènement susceptible de se produire ou de s’être produit, - un paramètre pouvant jouer un rôle dans un phénomène. TP2 : formuler une hypothèse concernant le trajet de la lumière du fond de l’eau vers l’observateur : y a -t-il eu réfraction, dans quel sens. Proposer une expérience : -susceptible de valider ou d’infirmer une hypothèse, -répondant à un objectif précis. Proposer d’étudier la réfraction air/eau ou eau/air et de déterminer l’indice de réfraction de l’eau grâce à une série de mesures. Analyser des résultats expérimentaux, les confronter à des résultats théoriques TP 1 : interpréter la série de mesures effectuées pour établir la proportionnalité entre sini et sinr TP 2 : utiliser le résultat de l’indice de réfraction de l’eau pour tracer le trajet d’un rayon lumineux issu du fond du lac et comprendre la méprise du personnage. II. Compétences liées aux manipulations et aux mesures Agir en suivant un protocole fourni (texte ou schéma). TP 1 : réaliser, à partir de la fiche, l’expérience permettant de mesurer les angles de réfraction successifs. Faire le schéma d’une expérience. TP 2 : représenter le dispositif utilisé. Exprimer un résultat avec un nombre de chiffres significatifs compatibles avec les conditions de l’expérience. Les résultats (rapport sini/sinr dans TP 1 et neau dans TP 2) doivent être donnés avec un nombre correct de chiffres significatifs. Faire l’étude statistique d’une série de mesures indépendantes en utilisant une calculatrice ou un tableur. TP 2 : Penser à faire plusieurs mesures plutôt qu’une seule afin de déterminer neau dans TP 2. (ceci étant suggéré dans TP 1) Physique Seconde Compétences liées à la langue française Trier des informations TP 1 : identifier les rayons incidents, réfléchis et réfractés, la normale d’après les définitions fournies. Reconnaitre les angles incident et réfracté (mesurés à partir de la normale) Compétences liées aux mathématiques Utiliser la relation de proportionnalité. Remarquer la proportionnalité entre sini et sinr dans TP 1 L’exploiter dans TP 2 Utiliser les notions simples de statistiques Calculer une valeur moyenne. Etapes de la démarche Séance durées prévues Scénario Activités des élèves et rôle du professeur (consignes, intentions….) TP découverte Une séance de TP Rappel : 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 qu’il s’agit d’un TP noté, qu’aucune connaissance préalable n’est indispensable et qu’il ne répondra à aucune question : tout est expliqué sur la feuille. Expérience présentée au bureau : un faisceau LASER arrive à la surface d’un aquarium rempli d’un 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 c’est 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 déclenchante 1h cours Fin du cours Mise en commun des différentes lois proposées par les élèves. Enoncé des lois de Descartes. Exercices d’application (ex : calcul d’angle de réfraction) Le professeur donne le dessin humoristique et demande aux élèves de chercher des hypothèses permettant d’interpréter la situation. OU : expérience : une masse marquée est placée dans une cuvette vide. Les élèves s’éloignent de façon à ne plus voir la masse. Ils restent alors dans cette position. Lorsque le professeur verse de l’eau dans la cuvette, les élèves voient la masse réapparaître. Elaboration d’hypothèses, Séance de Travaux Pratiques Début Interactif Le professeur demande aux élèves comment ils ont interprété le dessin (ou l’expérience). Eléments de réponses attendus : - le personnage ne voit pas le fond de l’eau là où il se trouve réellement. - La lumière issue du fond du lac ne s’est pas propagée de façon rectiligne. - Il y a eu réfraction lors du passage de l’eau à l’air. - L’indice de réfraction de l’eau est différent de celui de l’air. Physique Seconde de protocole expérimental. Autonome (par 2) interactif Problème : comment vérifier ces hypothèses ? Comment déterminer expérimentalement l’indice de réfraction de l’eau ? Les élèves observent le matériel à disposition ( - une lanterne munie d’une fente, produisant un faisceau fin de lumière blanche - un demi cylindre creux gradué en degré sur sa partie arrondie avec l’origine au centre) Ils élaborent un protocole pour déterminer l’indice de réfraction de l’eau. La difficulté étant de choisir d’étudier la réfraction air/eau et de mesurer la valeur de l’angle incident (dans l’air) Mise en commun : les binômes énoncent leurs idées et leurs problèmes et le « mode d’emploi » 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 l’indice de réfraction de l’eau. Conclusion du TP Fin du TP ou à la maison Utiliser la valeur de l’indice de réfraction de l’eau pour faire un schéma cohérent de 2 rayons lumineux issus d’un point du fond du lac. Utiliser l’information concernant l’interprétation par le cerveau d’un signal visuel pour interpréter la méprise du personnage. Evaluation Les élèves rédigent le compte rendu à l’aide des consignes données sur la fiche TP Bilan de l’évaluation : - La première note permet d’évaluer les capacités de l’élève à trouver et utiliser des informations dans un document écrit et à suivre un protocole détaillé. - La deuxième note permet d’évaluer 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 l’indice de réfraction de l’eau, fourni. - Les lois de descartes pour la réfraction peuvent être établies à partir du tracé d’un graphe : sinr = f(sini), suivi du calcul du coefficient directeur. Physique Seconde 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 uploads/Finance/ etude-de-la-reflexion-et-de-la-refraction-de-la-lumiere-2nde.pdf