[PDF] [PDF] ECE : Détermination de lindice de réfraction de leau

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AcadĠmie d'OrlĠans-TourV Ń. TrouilleW eW Ó. Perrin

Thème : Univers Seconde ECE : DĠtermination de l'indice de réfraction de l'eau

Objectifs :

¾ DĠterminer l'indice de l'eau

Compétences travaillées (capacités et attitudes) :

¾ ANA : proposer une stratégie (protocole expérimental) pour répondre à un problème posé.

¾ REA : réaliser un dispositif expérimental ; maîtriser certains gestes techniques.

¾ VAL : exploiter des mesures.

CONTEXTE J

" Un arc-en-ciel eVW un pUénomène opWique proTuiW par la réfracWionH la réflexion eW la TiVperVion TeV raTiaWionV coloréeV compoVanW la lumière blancUe Tu Soleil par leV gouWWeleWWeV TGUumiTiWé préVenWeV LGarc-en-ciel eVW provoqué par la TiVperVion Te la lumière Tu Voleil par TeV gouWWeV Te pluie approximaWivemenW VpUériqueV. La lumière eVW TGaborT réfracWée en pénéWranW la Vurface Te la gouWWeH VubiW enVuiWe une réflexion parWielle à lGarrière Te ceWWe gouWWe eW eVW réfracWée à nouveau en VorWanW. »

D'aprğs Wikipedia

DOCUMENTS A VOTRN MISPOSITION J

Document 1 : La réfraction

rencontre un milieu d'indice n2, il subit un brusque changement de L'angle d'incidence i est défini comme Ġtant l'angle formĠ par la perpendiculaire à la surface (appelée normale) et le rayon incident. L'angle de rĠfraction r est dĠfini comme Ġtant l'angle formĠ par la perpendiculaire à la surface et le rayon réfracté. Dans ce cas la relation liant l'angle d'incidence i et l'angle de rĠfraction r est : n1 x sin i = n2 x sin r (loi de Snell-Descartes). Document 2 : L'indice de rĠfraction d'un milieu

Il est noté n et défini comme le rapport de la vitesse de propagation de la lumière dans le vide et la vitesse de

propagation de la lumière dans le milieu considéré. Il est toujours supérieur ou égal à 1.

réfraction de l'air est Ġgal ă 1. Document 3 : Calculer le sinus d'un angle aǀec un tableur

Dans un tableur, les angles doivent être exprimés en radians et non en degrés pour pouvoir utiliser les fonctions

trigonométriques sinus, cosinus et tangentes. contenant la ǀaleur de l'angle en degrĠs. contenant la valeur de l'angle en radians.

ANA REA VAL

20 n2 n1

Rayon incident

Rayon réfracté

r i

AcadĠmie d'OrlĠans-TourV Ń. TrouilleW eW Ó. Perrin

VOTRE MISSION J RNPONMRN AUX QUNSTIONS

1. Un rayon de lumière provenant du Soleil arriǀe sur une goutte d'eau d'indice de rĠfraction neau eW VubiW une

rĠfraction. Donner l'edžpression de la loi de Snell-MeVcarWeV pour ceWWe réfracWion.

2. A l'aide du matĠriel mis ă ǀotre disposition, proposez le protocole edžpĠrimental permettant Te TéWerminer

avec précision l'indice de rĠfraction neau de l'eau.

3. Réalisez votre protocole expérimental et reporWeY voV réVulWaWV TanV une feuille Te calcul au formaW Open

Office.

4. D'aprğs la loi de Descartes, sin i et sin r sont proportionnels. Edžploitez vos meVureV pour le vérifier. InTiqueY la

méWUoTe uWiliVée.

5. En déduire la valeur Te neau. InTiqueY leV éWapeV Te voWre TémarcUe.

APPEL N°1 Appelez le professeur pour lui montrer votre réponse ou en cas de difficulté. APPEL N°2 Appelez le professeur pour lui présenter votre protocole ou en cas de difficulté. APPEL N°3 Appelez le professeur pour lui présenter une mesure ou en cas de difficulté.

APPEL N°4 Appelez le professeur pour lui présenter votre exploitation ou en cas de difficulté.

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REPRES POUR L'VALUATION

L'Ġlğǀe est en situation d'Ġǀaluation, le professeur ne doit pas fournir d'edžplicitation des erreurs ni de la

démarche à conduire. Ses interventions sont précises, elles servent de relance pour faire réagir l'Ġlğǀe ou bien

pour lui permettre d'aǀancer pour ġtre ĠǀaluĠ sur d'autres compĠtences.

ou d'un apport de solution par le biais d'une fiche (ou par une inWervenWion orale) si ces erreurs conduisent l'Ġlğǀe

à une impasse. LeV ficUeV Te VoluWionV parWielleV fournieV ne conVWiWuenW paV une liVWe exUauVWive.

compétence est le niveau A.

Si certains points sont flous ou absents, le professeur utilisera des questionV ouverWeV pour que le canTiTaW

préciVe ceV poinWV. Si le canTiTaW parvienW à apporWer Veul leV réponVeV néceVVaireVH le niveau acquiV pour la

compéWence reVWe le niveau A.

fournit au candidat une solution partielle adaptée en fonction des besoins du candidat. Le niveau acquis est

alorV le niveau B si le candidat utilise une solution. On aura recours à Teux VoluWionV parWielleV Vi la première Ve

révèle inVuffiVanWe. Si le canTiTaW a recourV aux Teux ficUeVH alorV le niveau acquiV Vera le niveau C.

Si, malgrĠ ces aides ponctuelles, l'Ġlğǀe n'a pas ĠtĠ en mesure de répondre à la questionH une VoluWion WoWale

lui Vera fournie eW le niveau obWenu Vera le niveau M. Analyse du problème (3 aides " papier » poVVibleV) Les critğres retenus pour l'Ġǀaluation de la compĠtence ANALYSER sont les suiǀants J

Proposer une stratégie pour répondre à la problématique (proWocole expérimenWal) eW uWiliVer un

moTèle.

Lors Te lGappel n°1H le profeVVeur évalue la capacitĠ de l'Ġlğǀe à uWiliVer le moTèle Te la réfracWion.

Lors de l'appel 2, l'Ġlğǀe doit ġtre capable de proposer un protocole expérimental pertinent. Il ToiW êWre capable

Te J - Faire arriǀer un rayon de lumiğre sur l'hĠmicylindre ; - Repérer les angles i et r et les mesurer pour plusieurs valeurs de i ; - Reporter les valeurs dans un tableau pour une exploitation ultérieure. Réalisation du protocole proposé (aides à l'oral) Les critğres retenus pour l'Ġǀaluation de la compĠtence REALISER sont les suiǀants J

Suivre un protocole ; uWiliVer le maWériel Te manière aTapWée ; effecWuer TeV meVureV avec préciVion.

Lors de l'appel n°3, le profeVVeur aWWenT Te la parW de l'Ġlève J

Validation (2 aides " papier » poVVibleV)

Le critğre retenu pour l'Ġvaluation de la compétence VALIDER eVW le VuivanW J Exploiter TeV meVureV.

- vérifier la proportionnalité (par le calcul, par une méthode graphique) ;

- exploiter les mesures pour dĠduire l'indice de rĠfraction (calcul de moyenne, insertion de courbe de

tendance).

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SOLUTIONS PARTIELLES ET TOTALES

Solution partielle 1 (ANA) : je ne sais pas appliquer la loi de Descartes ! Yue ǀaut l'indice de rĠfraction de l'air ͍ document 1, ainsi que celui correspondant à n2.

Appliquer la loi.

Solution partielle 2 (ANA) : je ne sais pas quel protocole proposer !

RappeleY-vouV Tu monWage Tu TP précéTenW J commenW pourrieY-ǀous l'adapter pour rĠpondre ă la

queVWion poVée ? Solution partielle 3 (ANA) : je ne sais pas comment exploiter mes mesures !

A parWir Te la relaWion Te MeVcarWeVH exprimeY l'indice de rĠfraction de l'eau en foncWion TeV granTeurV

meVuréeV eW uWiliVeY enVuiWe le Wableur pour faire le calcul.

Solution totale (ANA)

Remplir l'hĠmicylindre d'eau. Le poViWionner correcWemenW Vur le plaWeau WournanW.

Ńaire arriver un rayon Te lumière Vur la face plane Te l'hĠmicylinTre pour un angle i non nul.

Repérer leV angleV i eW r eW leV meVurer pour pluVieurV valeurV Te i. NnWrer leV valeurV TanV un Wableur eW exploiWer leV meVureV. Solution partielle 1 (VAL) : comment vérifier la proportionnalité des deux grandeurs ?

Meux méWUoTeV VonW poVVibleV J

l'origine. Solution partielle 2 (VAL) : comment exploiter les mesures ?

Calculer le coefficienW Te proporWionnaliWé (ou TéWerminer le coefficienW TirecWeur Te la TroiWe).

Solution totale (VAL)

Calculer dans une nouvelle cellule

sin(r)

Vin(i)

. Faire la moyenne des valeurs obtenues.

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GRILLE M'VALUATION

ECETITRE

Nom :Nom JNom JNom J

Prénom :Prénom JPrénom JPrénom J

S'approprier0

Analyser2

Réaliser2

Valider2

Communiquer0

Note I 20

kB = 10000000000000000 kC = -1 kD = -2

Somme coef = 6

Amplitude k = 4

Niveau validé

NON EVALUE

Pondération des niveauxsomme des coeff . niveau somme des coeff . niveau somme des coeff . niveau somme des coeff . niveau

NON EVALUE

compétenceCoefficient

Niveau validé

Seconde : Détermination de l'indice de réfraction de l'eau

Niveau validéNiveau validé

NON EVALUENON EVALUENON EVALUE

NON EVALUENON EVALUENON EVALUE

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