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SNC2D/SNC2P Lumière et optique géométrique/Lumière et optique
géométrique
Démonstration par l’enseignante ou l’enseignant/Activité par
les élèves – Disparition du bécher
Sujets
Durée
réfraction de la lumière
indice de réfraction
préparation : 10 min
démonstration/activité : 10 min
Attentes particulières
SNC2D
A1.1 Repérer un problème de nature scientifique, poser des questions s'y rattachant et formuler
une hypothèse.
A1.8 Évaluer la fiabilité des données empiriques (p. ex., identifier les sources d'erreur et
d'incertitude dans les mesures) ou de l'information recueillie ou la solution à un problème
A1.9 Analyser et synthétiser les données empiriques ou l'information recueillie (p. ex., traiter les
données, choisir les unités SI appropriées, appliquer des techniques de conversion,
sélectionner des citations, développer les idées principales et secondaires).
A1.10 Tirer une conclusion et la justifier.
E1.4 Décrire la réfraction de la lumière en termes qualitatifs et quantitatifs, selon la loi de SnellDescartes.
E1.6 Reconnaître des applications courantes de la réflexion totale interne et expliquer les
conditions essentielles à sa formation, y compris l'angle critique.
E2.4 Examiner les phénomènes de la réfraction, de la réflexion partielle et de la réflexion totale
de la lumière et les illustrer à l'aide de diagrammes de rayons. [ER, AI, C]
SNC2P
A1.1 Repérer un problème de nature scientifique, poser des questions s'y rattachant et formuler
une hypothèse.
A1.8 Évaluer la fiabilité des données empiriques (p. ex., identifier les sources d'erreur et
d'incertitude dans les mesures) ou de l'information recueillie ou la solution à un problème
A1.9 Analyser et synthétiser les données empiriques ou l'information recueillie (p. ex., traiter les
données, choisir les unités SI appropriées, appliquer des techniques de conversion,
sélectionner des citations, développer les idées principales et secondaires).
A1.10 Tirer une conclusion et la justifier.
E1.5 Décrire en termes qualitatifs la réfraction de la lumière.
Introduction
Cette démonstration va stupéfier et ébahir les élèves! Lorsque vous verserez de l’huile végétale
dans un petit bécher en Pyrex placé à l’intérieur d’un gros bécher également en Pyrex, le petit
bécher disparaîtra comme par magie! La démonstration pourrait aussi prendre la forme d’une
activité par les élèves.
Matériel
huile végétale (500 ml pour la démonstration;
200 ml par groupe d’élèves pour l’activité)
bécher en Pyrex de 500 ml portant le moins
possible de marques d’usure
bécher en Pyrex de 50 ml portant le moins
possible de marques d’usure
serviette en papier
Consignes de sécurité
Aucune
Marche à suivre
Assurez-vous que tous les participants portent l’EPP approprié : lunettes anti-éclaboussures et
sarrau ou tablier de laboratoire.
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Avant le début du cours, déposez le gros bécher sur des serviettes de papier sur la table de
laboratoire ou le bureau puis placez le petit bécher à l’intérieur. Si c’est vous qui faites la
démonstration, assurez-vous que tous les élèves ont une bonne vue. Si le groupe est très
nombreux, vous pourriez utiliser une caméra vidéo.
Prédire/Expliquer
Séparez la classe en petits groupes de 2 à 4 élèves et demandez à chacun des groupes de
prédire ce qui va se passer lorsque vous verserez l’huile végétale dans le petit bécher
jusqu’à ce que l’huile en déborde et remplisse le gros bécher à son tour. Invitez chaque
groupe à justifier sa prédiction.
Observer
Commencez à remplir d’huile le petit bécher. Versez jusqu’à ce que l’huile déborde du
petit bécher et remplisse le gros bécher. Continuez de verser l’huile jusqu’à ce que le petit
bécher disparaisse. Laissez aux élèves le temps de consigner leurs observations.
Expliquer
Demandez aux groupes de se réunir et de revoir leurs justifications, s’il y a lieu.
Demandez-leur de transmettre graphiquement les explications de ce qu’ils ont observé. Au
besoin, donnez une piste : « essayez de dessiner un schéma des rayons de lumière pour
cette démonstration. »
Si les élèves font l’activité, recueillez l’huile utilisée dans un grand récipient et demandez
aux élèves de laver les béchers à l’eau et au savon.
Nettoyage
Récupérez l’huile végétale. Conservez-la en vue de l’année prochaine afin de réduire au
minimum les déchets et le coût. Lavez et rangez les béchers.
Qu’est-ce qui se produit?
Le petit bécher disparaît progressivement à mesure que l’huile végétale remplit le gros bécher.
Comment ça fonctionne?
Pour qu’un objet « disparaisse » et devienne invisible quel que soit l’angle de vue, il ne doit ni
refléter, ni réfracter, ni absorber la lumière incidente. Cela est possible si un objet transparent est
plongé dans un liquide transparent dont l’indice de réfraction est égal à celui de l’objet. Le Pyrex
et l’huile végétale ayant le même indice de réfraction (n = 1,47), le petit bécher en Pyrex
disparaît lorsqu’il est immergé dans l’huile. Puisque la lumière n’est ni réfléchie, ni réfractée ou
absorbée, le gros bécher ne semble contenir que de l’huile. La verrerie courante (dont l’indice de
réfraction est de l’ordre de n = 1,5 à 1,7) ne disparaîtra pas si elle est plongée dans de l’huile
végétale. De même, la verrerie en Pyrex ne disparaîtra pas lorsqu’elle est plongée dans l’eau
(n = 1,33).
Suggestions/conseils pour l’enseignante ou l’enseignant
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Cette démonstration est un excellent moyen de faire le lien avec le module sur la lumière et
l’optique géométrique.
À l’étape 2, certains élèves pourraient prédire que le petit bécher paraîtra plus gros.
À l’étape 3, les élèves constateront que le petit bécher disparaît progressivement.
Vous pourriez répéter la démonstration en employant un autre type de fluide (eau, sirop ou
huile minérale) ou un petit bécher fait d’un autre matériau (verre, plastique).
Rappelez aux élèves d’être très prudents lorsqu’ils lavent les béchers : l’huile et le savon
les rendront très glissants.
Pour créer un effet saisissant, plongez une éprouvette en Pyrex dans un bécher rempli
d’huile végétale avant le début du cours. Dites aux élèves qu’il arrive parfois des bris de
verrerie dans un laboratoire et enchaînez en cassant délibérément une éprouvette en Pyrex.
(Portez des lunettes de protection et enroulez l’éprouvette dans une serviette.) Déposez
ensuite les morceaux de verre dans le bécher rempli d’huile végétale qui contient
l’éprouvette invisible. Prononcez ensuite une formule magique « Abracadabra » ou
« Hocus Pocus », puis sortez à l’aide de pinces l’éprouvette de Pyrex intacte devant les
yeux écarquillés des élèves! Conservez les morceaux de l’éprouvette dans un récipient
dûment identifié en vue d’une utilisation future.
Prochaines étapes
Répétez la démonstration en utilisant cette fois de l’eau et un bécher en verre ordinaire.
Il existe des liens très intéressants entre cette démonstration et la technologie de la « cape
d’invisibilité ». Les scientifiques de l’université de la Californie à Berkeley ont mis au point des
matériaux à très petite échelle qui,, en déviant la lumière font disparaître de minuscules objets.
Les promesses de cette technologie sont fascinantes.
Ressources supplémentaires
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Explication détaillée de la démonstration et des concepts connexes http://www.abc.net.au/science/surfingscientist/pdf/teachdemo27.pdf (en anglais
seulement)
Vidéo de la démonstration - http://www.youtube.com/watch?v=R4jppRASI_U
Vidéo en ligne d’une démonstration semblable http://www.youtube.com/watch?v=wlELYZJ5JF4&feature=related (en anglais seulement)
Autre démonstration semblable avec explication - http://stao.ca/scienceworks/survivaloptics/StoreResources/HidingDiamonds.ppt (en anglais seulement)