Où sont présentées deux expériences filmées pour présenter le phénomène de réfraction et les conventions de schémas associées.
Première expérience :
Le principe est de faire arriver la lumière d’un laser au fond d’une petite cuve vide, puis de verser de l’eau dans cette dernière pour observer le déplacement de la tache du laser. Il faut une cuve au fond transparent, sous laquelle on glisse une petite feuille de papier avec une croix :
Je demande ensuite aux élèves de compléter un schéma pour interpréter cette expérience (voir feuille ci-après).
Deuxième expérience :
Le montage initial :
La même cuve, contenant de l’eau, est placée sur une feuille et sur une plaque de polystyrène. La source de lumière est ici constituée par deux épingles plantées. Sur la vidéo, l’alignement n’est pas parfait, car il est plus difficile d’aligner l’objectif de l’appareil photo que l’oeil !
L’expérience en vidéo :
Je montre aux élèves le début de cette vidéo, avant de leur demander de reproduire l’expérience. En effet, ces quelques secondes de vidéo sont plus efficaces qu’une laborieuse description écrite.
Le résultat de l’expérience est le document suivant :
Sur cette feuille, les élèves doivent compléter le trajet de la lumière après la cuve, puis dans la cuve. Il faut bien vérifier leur réponse (incohérences avec un rayon dévié dans l’air, par exemple). Puisque les élèves travaillent en binômes, je prévois de distribuer un exemplaire supplémentaire de cette feuille.
La suite du travail consiste à s’aider du cours pour compléter et légender les éléments de schéma (normale, interface, rayons incident et réfracté, angles). D’abord pour le premier point incident (air -> eau), puis sur une autre feuille distribuée, pour le second point incident (eau -> air). En effet, sur une seule feuille le schéma devient surchargé.
L’étude de l’interface eau -> air est intéressante pour aborder dès le début le passage vers un milieu moins réfringent.
Ci-dessous le document distribué (il comporte aussi deux autres activités).
Le fichier source LaTeX (compressé, avec le préambule à part, à placer dans un fichier dont il faut renseigner le chemin dans le code) :
Sources d’inspiration :
- Les documents du groupe PEGASE.
- Le livre Comment j’ai pesé la Terre avec un chronomètre, de Laurent Mathieu (Ellipses), expérience n°27. L’auteur utilise en guise de cuve un bac d’un vingtaine de centimètres , ce qui permet d’obtenir une valeur acceptable de l’indice de réfraction de l’eau.
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