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Nom de l’élève : _________________________ PHYSIQUE PHY-5061 Cinématique et opt

Nom de l’élève : _________________________ PHYSIQUE PHY-5061 Cinématique et optique géométrique Activités expérimentales CORRIGÉ DOCUMENT ADAPTÉ PAR FRANCE GARNIER DE LA CSD ET PRÉPARÉ PAR L’ÉQUIPE DE SCIENCE DU CENTRE LE MOYNE D’IBERVILLE, CSMV, Inspiré d’un document rédigé par Justin Béchard et Isabelle Girard (CSDGS) et de la SOFAD Avril 2018 – Version 1 (adapté en août 2018) PHY-5061 Table des matières Table des matières FEUILLE DE ROUTE : PHY 5061 CINÉMATIQUE ET OPTIQUE GÉOMÉTRIQUE...........................................................3 LABORATOIRE 1 : LES CHAMPS DE VISION............................................................................................................5 LABORATOIRE 2 : POUR EN METTRE PLEIN LA VUE !...........................................................................................11 LABORATOIRE 3 : INDICE DE RÉFRACTION..........................................................................................................26 LABORATOIRE 4 : LES IMAGES FORMÉES DANS LES LENTILLES MINCES................................................................40 LABORATOIRE 5 : LE MOUVEMENT RECTILIGNE UNIFORME................................................................................52 LABORATOIRE 6 : L’ANALYSE DU MOUVEMENT EN CHUTE LIBRE........................................................................63 LABORATOIRE 7 : L’ÉTUDE DU MOUVEMENT DES PROJECTILES...........................................................................76 ANNEXES........................................................................................................................................................... 89 LISTE DU MATÉRIEL DISPONIBLE POUR LES LABORATOIRES DE PHYSIQUE............................................................90 COMMENT RÉDIGER UN RAPPORT DE LABORATOIRE............................................................................................92 INCERTITUDES SUR LES MESURES..........................................................................................................................95 ANNEXES DU LABORATOIRE 1................................................................................................................................97 ANNEXE DU LABORATOIRE 3................................................................................................................................107 Version août 2018 Page 2 sur 124 Rédigé par Justin Béchard et Isabelle Girard Adapté par Anthony Wong Seen PHY-5061 Activité 1 : Les champs de vision Feuille de route : PHY 5061 Cinématique et optique géométrique Évaluation du cours : Examen théorique : 60 % (20 points pour l’évaluation des connaissances explicites et 40 points pour l’évaluation des compétences) et examen pratique : 40 % Chapitre Concepts - Théorie Exercices/SA Activité expérimentale Échéancier Partie I : L’optique 1 Les ondes et la lumière 1.1 Les ondes 1.2 La lumière Synthèse du chapitre 1 2 La réflexion 2.1 La réflexion de la lumière 2.2 La réflexion dans les miroirs plans 2.3 La réflexion dans les miroirs sphériques Synthèse du chapitre 2 Activité no. 1 Les champs de vision (miroirs plans) Activité no. 2 Pour en mettre plein la vue (miroirs sphériques) 3 La réfraction 3.1 La réfraction de la lumière 3.2 La réfraction de la lumière dans les lentilles minces 3.3 La réflexion totale interne Synthèse du chapitre 3 Activité no. 3 Indice de réfraction Activité no. 4 Les images dans les lentilles minces 4 L’œil et les instruments d’optique 4.1 L’œil humain 4.2 Quelques instruments d’optique Synthèse du chapitre 3 Exercices synthèse de la partie 1 Partie II : La cinématique 1 Les variables en mouvement 1.1 Les variables liées à l’espace et au temps 1.2 La vitesse 1.3 L’accélération Synthèse du chapitre 1 2 Le mouvement en une dimension 1.1 Le mouvement rectiligne uniforme 1.2 Le mouvement rectiligne uniformément accéléré Synthèse du chapitre 2 Activité notée 1 Activité no. 5 Le MRU et traitement de données Excel Activité no. 6 Analyse du mouvement en chute libre 3 Le mouvement en deux dimensions 1.1 Les vecteurs du mouvement 1.2 Le mouvement des projectiles 1.3 La relativité du mouvement Synthèse du chapitre 3 et de la partie II Activité notée 2 Activité no. 7 L’étude du mouvement des projectiles Version juin 2018 Page 3 sur 124 Rédigé par Justin Béchard et Isabelle Girard Adapté par Anthony Wong Seen PHY-5061 Activité 1 : Les champs de vision Préparation de l’évaluation Prétest A Prétest B Les laboratoires doivent être réalisés tout au long de votre apprentissage afin de vous aider à comprendre la théorie vue dans le cadre du cours. Concepts Titre de l’expérience Date Signature Activité 1 : Les miroirs plans Les champs de vision Activité 2 : Miroirs sphériques Pour en mettre plein la vue (miroirs sphériques) Activité 3 : Indice de réfraction Activité 4 : Les images dans les lentilles minces Activité 5 : Le mouvement rectiligne uniforme Le MRU et traitement de données avec Excel Activité 6 : Le mouvement rectiligne uniformément accéléré Activité no. 6 Analyse du mouvement en chute libre Activité 7 : Les projectiles Activité no. 7 L’étude du mouvement des projectiles Horaire du laboratoire Heure Lundi Mardi Mercredi Jeudi Vendredi AM OUVERT PM OUVERT OUVERT OUVERT SOIR OUVERT OUVERT Consignes à respecter au laboratoire : - Cheveux attachés - Souliers fermés - Utilisation du téléphone cellulaire interdite ; pensez à apporter votre calculatrice. De plus, il est essentiel de bien préparer le laboratoire, AVANT de faire les manipulations. Cette préparation inclut : 1) comprendre la mise en situation et le(s) but(s) du laboratoire, 2) compléter le travail préparatoire, 3) rédiger les manipulations qui seront à effectuer et 4) préparer le(s) tableau(x) des résultats permettant de noter les mesures qui seront prises lors des manipulations. Version juin 2018 Page 4 sur 124 Rédigé par Justin Béchard et Isabelle Girard Adapté par Anthony Wong Seen PHY-5061 Activité 1 : Les champs de vision Laboratoire 1 : Les champs de vision BUT Déterminer expérimentalement le tracé des rayons lumieux et le champ de vision produit par un miroir plan. Matériel Un miroir plan de 100 mm  50 mm avec appui en bois Une boite à rayons Une plaque à fente simple Une règle de 30 cm Un rapporteur d’angle Un crayon à mine Feuille de mesure en annexe (p.97) Les feuilles ‘’Modèle de position’’ 1 à 4 en annexe (p.99, 101, 103 et 105) Version juin 2018 Page 5 sur 124 Rédigé par Justin Béchard et Isabelle Girard Adapté par Anthony Wong Seen Des yeux tout le tour de la tête ! Lorsque vous roulez en voiture, vous devez vous assurer de bien voir ce qui se passe derrière votre véhicule et sur les côtés. Les instructeurs de conduite automobile donnent de précieux conseils à cet égard. Par exemple, ils enseignent comment ajuster les trois rétroviseurs. Le rétroviseur central doit être placé de façon à voir la lunette arrière dans son ensemble. Les rétroviseurs droit et gauche doivent être ajustés de façon à réduire les angles morts. Quelle est la meilleure position pour le rétroviseur latéral gauche (soit celui situé du côté conducteur) ? Pour en apprendre un peu plus, réalisez cette expérience qui vous permettra de déterminer la largeur et l’emplacement du champ de vision d’un miroir plan selon les quatre positions données en annexe. Dans quelle position du miroir peut-on voir 4 objets (voir feuilles en annexe p.96) ? MISE EN SITUATION Figure 2 La prise de mesure Boite à rayon Schéma de montage PHY-5061 Activité 1 : Les champs de vision Manipulations – Partie 1 : Vérification de la loi de la réflexion 1- Préparer la feuille de mesure en graduant un cadran par angles de 10° en traçant un segment de droite partant du centre de la feuille et se rendant jusqu'à l'arc de cercle. Pour chacun de ces segments, inscrire la mesure de l'angle correspondant (10º, 20º…) et numérotez-les (1, 2, 3…) 2- Placer le miroir (voir la figure 1) au centre de la feuille de mesure de manière à ce que sa face arrière coïncide avec la ligne hachurée, tel qu'illustré sur le schéma du montage de la figure 2. Il faudra vérifier, tout au long de l'expérience, que le miroir ne s'est pas déplacé. Figure 1 Miroir avec appui en bois 3- Brancher la boite à rayons. Fermer les rideaux. 4- Placer la boite à rayons sur la feuille de mesure de manière à ce que le faisceau suive la ligne de 0º. Il sera ainsi dirigé vers le centre de la surface réfléchissante du miroir. Noter qu’avec un angle d’incidence de 0º, l’angle de réflexion est de 0º. 5- Déplacer la boite à rayons pour que le faisceau suive la ligne de 10º. Le rayon réfléchi apparaîtra sur la feuille de mesure. 6- Marquer d'un trait la feuille de mesure (sur le demi-cercle) et inscrire « 1’ » sur la partie externe du demi-cercle. 7- Répéter pour les autres angles en les numérotant ainsi : 2’, 3’, 4’… 8- Lorsque toutes les mesures auront été inscrites sur la feuille de mesure, retirer le miroir et débrancher la boite à rayons. À l'aide d'une règle, tracer une ligne à partir du centre de la feuille jusqu'au trait identifié « 1’ ». Mesurer l'angle que forme cette avec la ligne pointillée de la normale. Noter la mesure, avec le nombre adéquat de chiffres significatifs, dans le tableau de résultats, à la ligne appropriée. Faire de même avec tous les traits tracés au cours de l'expérimentation. Version juin 2018 Page 6 sur 124 Rédigé par Justin Béchard et Isabelle Girard Adapté par Anthony Wong Seen Figure 2 La prise de mesure Boite à rayon Vue de derrière Vue de devant miroir Bout de bois PHY-5061 Activité 1 : Les champs de vision Vous avez maintenant terminé l'ensemble des manipulations de l'expérience. Ranger votre matériel. L'étape suivante consiste à analyser l'ensemble des données recueillies. Résultats Élaborez votre tableau des résultats. Tableau 1 : Angles incidents et angles de réflexion pour un miroir plan Angle incident (ϴi) ± 0,5º Angle de réflexion (ϴr) ± 0,5º 10,0 10,0 20,0 20,0 30,0 30,0 40,0 40,0 50,0 50,0 60,0 60,0 70,0 70,0 80,0 80,0 Version juin 2018 Page 7 sur 124 Rédigé par Justin Béchard et Isabelle Girard Adapté par Anthony Wong Seen PHY-5061 Activité 1 : Les champs de vision Manipulations – Partie 2 uploads/Science et Technologie/ exercices-supplementaires-phy-5042.pdf