AUTEURS : Laurent Delacre et Philippe Godts Fiche technique Expérimenter en classe avec Photonics Explorer Description générale La boîte Photonics Explorer comprend du matériel, ainsi que les documents nécessaires à la réalisation d’expériences d’optique avec les élèves. Le matériel est présent en plusieurs exemplaires afin de permettre aux élèves d’expérimenter la même chose (par groupes de 2-3 élèves) tous en même temps. Au niveau du matériel, la boîte comprend : - 10 miroirs - 10 modules LED avec LED rouge, verte et bleue - 10 ensembles de lentilles, comprenant chacun 3 lentilles (deux biconvexes de distances focales différentes et une biconcave) - 20 filtres polarisants - 5 mètres de fibre optique - 10 lasers inoffensifs pour les yeux - 10 réseaux de diffraction - 10 diapositives comprenant chacune de quoi réaliser la diffraction de la lumière avec 2 fentes ou avec une seule fente Au niveau des documents, la boîte comprend également (sur un CD-ROM) 8 modules, dont les 4 premiers correspondent à la matière du 2e degré et les 4 derniers, à la matière du 3e degré. Chaque module comprend des notes théoriques à destination de l’élève, des feuilles à compléter lors des expériences et un document détaillé pour le professeur comprenant les activités à mener, et même le timing des cours et les éventuels devoirs à demander aux élèves au cours du module ! La pédagogie proposée est résolument socioconstructiviste, car elle fait émerger les préconceptions des élèves qu’ils sont invités à confronter aux idées des autres et à remettre en question lors des expériences. Module 1. Nbre de périodes 2 Signaux lumineux PHY FT4 160304 Destination Descriptif HPT Les élèves sont amenés à découvrir les propriétés de la lumière (la lumière se déplace très rapidement, elle est colorée et peut se réfléchir sur des miroirs). Pour ce faire, ils doivent imaginer, par petits groupes, un moyen de communication rapide et silencieux entre des petits villages (sans électricité). A la fin du module, ils sont amenés à découvrir le fonctionnement de la transmission d’informations avec une fibre optique. UAA 2 SCB SCG UAA 4 UAA 4 Module 2. Nbre de périodes UAA 4 UAA 4 1 Les élèves sont amenés à observer l’image (réelle/virtuelle) d’un objet à travers différentes lentilles. Ensuite, ils utilisent le même matériel pour modéliser une lunette astronomique. UAA 7 UAA 4 UAA 4 1 Les élèves sont amenés à comparer les différentes parties d’un appareil photo à celles de l’œil humain. Ils utilisent également deux lentilles pour étudier le mécanisme de mise au point de l’œil. Les cas de myopie, d’hypermétropie et d’astigmatie sont abordés. UAA 7 UAA 4 UAA 4 1 Les élèves sont amenés à comprendre le concept de polarisation de la lumière. Ils utilisent ensuite des filtres polarisants et apprennent à modifier la polarisation de la lumière, à construire un polarimètre. Pour finir, ils étudient une application de la polarisation : les écrans LCD. UAA 17 2½ Les élèves sont amenés à comparer différentes sources lumineuses (LED, tubes fluorescents, …), puis à étudier l’efficacité d’un éclairage, puis l’incandescence, le rayonnement du corps noir et enfin le concept de photon. Polarisation 6. Produire de la lumière 7. SCG UAA 2 Œil et vision 5. SCB Les élèves sont amenés à découvrir la décomposition de la lumière blanche, l’addition et la soustraction des couleurs (à l’aide d’un CD pour décomposer la lumière blanche et de filtres de couleurs). Avec une loupe, ils sont ensuite amenés à comprendre comment on imprime des documents en couleurs (à partir de cyan, de magenta et de jaune). Pour finir, le module à LED leur permet de comprendre comment on reconstitue toutes les couleurs sur un écran d’ordinateur (à partir du rouge, du vert et du bleu). Lentilles et télescopes 4. HPT 4 Couleurs 3. Destination Descriptif 3½ Diffraction et interférence 8. Le métier de scientifique PHY FT4 160304 Les élèves sont amenés à : déterminer la longueur d’onde d’une lumière laser, en reproduisant l’expérience des fentes de Young (diffraction puis interférence entre la lumière qui provient de deux fentes étroites) ; comparer la diffraction par une fente simple et par une barre. Les élèves mesurent ensuite l’épaisseur d’un cheveu en se basant sur le modèle de diffraction ; comprendre pourquoi nous voyons les couleurs de l’arc-en-ciel en observant la lumière du soleil réfléchie sur un CD-ROM, puis construire un spectromètre, et l’utiliser afin d’analyser le spectre d’une ampoule fluorescente. A travers deux vidéos et de petites activités, les élèves se mettent dans la peau d’un chercheur, et découvrent le métier de scientifique/chercheur. UAA 7 UAA 4 UAA 4 UAA 8 UAA 17 UAA 7 En préparation aux choix d’orientation (en fin de degré)