Vitesse et hauteur de chute – 1èreS – fiche professeur

2NDE LOI DE DESCARTES SUR LA REFLEXION DE LA LUMIERE
– 1ERESTI AA ET 1ERE S –
Prérequis :
Connaître le vocabulaire scientifique relatif à la réfraction (programme de seconde) : rayon incident, rayon réfracté,
angles d’incidence et de réfraction, point d’incidence, normale à la surface de séparation.
Connaître le principe de propagation de la lumière, les conditions visibilité d’un objet (partie précédente du
programme d’optique)
Distinguer les phénomènes de réfraction, de diffusion et de réflexion (savoir que dans ce dernier cas, un rayon de
lumière est renvoyé dans le milieu incident dans une seule direction)
Place dans la progression :
En 1°STI AA : Partie A – - §1. Optique géométrique et instrumentale / Miroir plan
En 1°S : Partie IV – Optique - §2.1. Images formées par les systèmes optiques / Images données par un miroir plan.
Objectifs principaux :
En 1°S :
Objectif du programme concerné: dans les études du miroir plan et de la lentille convergente, on commence par
localiser les images perçues. On interprète ensuite le résultat de cette localisation en s’interrogeant sur le trajet
effectivement suivi par la lumière. Puis on modélise ces phénomènes en construisant, sur une représentation de la
situation, des rayons lumineux. On écrit enfin les lois ou les relations rendant compte des phénomènes observés.
Contenu : Lois de la réflexion
Connaissances associées : Savoir que lors de la vision d’une image à travers un système optique la lumière issue de
l’objet pénètre dans l’œil après un parcours non rectiligne et que le cerveau l’interprète comme venant en ligne
droite. Déterminer graphiquement la position de l’image d’un point objet dans le cas d’un miroir plan.
En 1°STI AA :
Objectif du programme concerné: (le professeur) mettra en relief la démarche scientifique : observation,
questionnement, expérimentation et interprétation.
Contenu : Miroir plan
Connaissances associées : Savoir construire les images, appliquer ces formules
Etre capable, à partir de tracé des faisceaux incidents ou émergents, de définir la notion d’objet et d’images ainsi
que leur nature (réelle ou virtuelle).
Matériel :
Au départ pas de matériel apparent dans la salle (prévoir un système de projection de la situation déclenchante,
rapporteurs, sources de lumière, « peignes », miroirs plan, feuilles blanches A3 ou A4)
1- La situation déclenchante :
En 1626, N Régnier (1590-1667) peint une oeuvre représentant une jeune femme
face à un miroir « Jeune femme à sa toilette ou Vanité ». Il joue ainsi avec les
phénomènes de réflexion de la lumière.
Projection de l’œuvre de N Régnier « Vanité ou jeune fille à sa toilette » 1626.
Questionnement :
Ecouter les premières réactions et réflexions des élèves à la projection de l’oeuvre
Qu’en pensent ils ?
Sélectionner les remarques concernant le miroir et l’image de la femme donnée
par celui-ci. Amener l’interrogation suivante : l’artiste est-il, dans cette peinture,
en accord avec le phénomène physique ?
N Régnier 1626
« Vanité ou jeune fille à sa toilette »
Musée des Beaux Arts Lyon
2- Formulation du problème :
Comment un rayon de lumière est-il réfléchit par un miroir ?
(Dans quelle direction ? selon quel angle ?)
Rappeler si nécessaire les termes rayon incident, angle d’incidence, point d’incidence, normale à la surface.
Consignes :
Réaliser une démarche scientifique afin de répondre à ce problème
Réflexion par groupe de 2.
Rédiger un compte rendu reprenant les étapes de la démarche scientifique.
3- Recherches de solutions
Activités supposées des élèves dans cette phase :
Elaboration d’une hypothèse sur le phénomène étudié (schéma + phrases).
Proposition d’expériences de vérification, liste de matériels puis manipulations.
Présentation des résultats et observations. Conclure.
Validation ou non de l’hypothèse
Le travail est terminé lorsque l’hypothèse a été vérifiée ou infirmée et qu’une réponse est donnée à la question
(certains s’arrêtent à la constatation de la non vérification de l’hypothèse).
Mise en commun des propositions
4- Les Résultats
Interprétation du résultat en terme de :
- trajet effectivement suivi par la lumière.
- modélisation du phénomène : construction, sur une représentation de la situation, des rayons lumineux.
- écriture de la 2nde lois de Descartes rendant compte du phénomène observé.
Poursuivre avec des manipulations permettant d’identifier la position de l’image, sa taille ou encore le
tracé des rayons de lumière.
5- Conclusion : Compétences mises en jeu au travers de la démarche
Compétences liées aux savoirs : Mobiliser des connaissances
S1. Savoir maîtriser le vocabulaire scientifique
S2. Savoir reconnaître un phénomène
S3. Savoir utiliser un modèle et connaître son domaine de validité. (le modèle du rayon de lumière, certains élèves
proposent l’existence d’un angle constant de 90° entre rayon incident et réfléchi, valable dans un cas)
S4. Savoir utiliser une méthode, des représentations normalisées (schéma d’expériences)…
Compétences liées aux savoir-faire expérimentaux : Manipuler et rendre compte des résultats
SF2. Savoir reconnaître et nommer le matériel, savoir le choisir.
SF4. Savoir s’approprier des techniques (mesures d’angles en optique)
SF5. Savoir présenter une série de mesure (graphe, tableau). Aucun n’a proposé de graphe, certains un tableau
Compétences liées à la démarche scientifique : Pratiquer une démarche scientifique
D1. Savoir pratiquer un questionnement, savoir formuler un problème, savoir proposer une hypothèse.
D2. Savoir imaginer une expérience. Savoir mettre au point un protocole
D3. Savoir exploiter l’expérience pour conclure (sélection des observations utiles, critique des résultats,
confrontation de la réalité à l’expérience, validation d’un modèle, proposition d’un modèle).
Compétences liées à la communication : Communiquer à l’écrit et à l’oral
C2. Savoir rédiger un compte-rendu, un exercice : présentation ; construction de phrases entières ; respect des
symboles ; production de documents autres que du texte.
C4. Savoir prendre la parole et écouter l’autre dans un groupe de travail, prendre part à un débat ordonné.
Attitudes attendues dans la mise en œuvre des compétences
AT1. Etre autonome : gérer son temps, prendre des notes, organiser son classeur, s’informer.
AT2. Respecter les consignes : Avoir une attitude responsable
AT3. Savoir s’investir : Etre curieux, tenace, volontaire. Adopter un esprit d’initiative, un esprit critique.