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SNC2D/SNC2P Lumière et optique géométrique/Lumière optique
géométrique
Activité par les élèves – Réfraction de la lumière — Disparition
d’une pièce
Sujets
Durée
réfraction de la lumière
indice de réfraction
préparation : 10 min
activité : 10 min
Attentes particulières
SNC2D
A1.1 Repérer un problème de nature scientifique, poser des questions s'y rattachant et formuler
une hypothèse.
A1.5 Effectuer une expérience en laboratoire ou sur le terrain, exécuter une recherche ou
appliquer une stratégie de résolution de problèmes pour répondre à une question de nature
scientifique
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.
A1.5 Effectuer une expérience en laboratoire ou sur le terrain, exécuter une recherche ou
appliquer une stratégie de résolution de problèmes pour répondre à une question de nature
scientifique
A1.10 Tirer une conclusion et la justifier.
E1.5 Décrire en termes qualitatifs la réfraction de la lumière.
Introduction
Cette démonstration est une magnifique introduction à la réfraction de la lumière. Les élèves
placent une pièce de monnaie sous un gobelet en plastique qu’ils remplissent lentement d’eau. La
pièce de monnaie, visible à travers le côté du gobelet, disparaît de la vue une fois le gobelet
rempli.
Matériel
gobelet en plastique transparent
pièce de monnaie
petit couvercle de pot opaque ou assiette
bécher ou petit pot d’eau
Consignes de sécurité
Aucune
Marche à suivre
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Séparez la classe en petits groupes de 2 ou 3 élèves.
Prédire / Expliquer
Demandez aux groupes de déposer une pièce sur le bureau, de la recouvrir avec le gobelet
de plastique transparent puis de couvrir le gobelet avec le petit couvercle ou l’assiette.
Demandez à chacun des groupes de prédire ce qui va se passer si l’on verse lentement de
l’eau dans le gobelet, le couvercle entrouvert, tout en regardant la pièce par le côté du
gobelet.
Invitez les groupes à justifier leurs prédictions.
Observer
Laissez aux élèves suffisamment de temps pour consigner leurs observations.
Demandez aux élèves de relever le couvercle et de verser lentement de l’eau dans le
gobelet de plastique tout en fixant la pièce par le côté du gobelet.
Expliquer
Demandez aux groupes de se réunir et de revoir leurs justifications, s’il y a lieu. Invitez-les
à proposer un modèle pour expliquer leurs observations.
Nettoyage
Pas d’indication particulière.
Qu’est-ce qui se produit?
La pièce de monnaie est visible lorsqu’il n’y a pas d’eau dans le gobelet, mais elle disparaît
lorsque de l’eau est déversée dans le gobelet.
Comment ça fonctionne?
Lorsqu’il n’y a pas d’eau dans le gobelet, la lumière réfléchie par la pièce de monnaie est très
peu réfractée et on peut voir la pièce (fig. 1). Lorsqu’il y a de l’eau dans le gobelet, la lumière
réfléchie par la pièce de monnaie est réfractée (déviée) et réfléchie (réflexion totale interne, RTI)
et elle ne peut atteindre l’œil de l’observateur (fig. 2). La lumière réfléchie par la pièce subit une
légère réfraction en traversant le fond du gobelet, et une autre lorsqu’elle traverse l’eau. La
réfraction sur le côté du gobelet s’appelle RTI à cause de l’angle d’incidence. L’angle suivi par
la lumière fait qu’on ne peut pas voir la pièce de monnaie. Une explication plus détaillée du
phénomène est donnée dans la présentation PPT de l’APSO indiquée à la rubrique des ressources
supplémentaires.
Fig. 1 La pièce de monnaie est visible
lorsqu’il n’y a pas d’eau dans le gobelet.
Fig. 2 La pièce devient invisible lorsque le
gobelet est rempli d’eau. Les lignes
pointillées indiquent le trajet des rayons
lumineux réfléchis par la pièce de monnaie
s’il n’y avait pas de gobelet ou d’eau dans le
gobelet.
Suggestions/conseils pour l’enseignante ou l’enseignant
1.
2.
3.
Le fait qu’il y a un couvercle sur le gobelet oblige l’observateur à regarder la pièce de
monnaie à l’angle approprié : à travers le côté du gobelet.
Cette démonstration peut s’avérer une excellente introduction aux cours de science de
10e année portant sur les domaines de la lumière et de l’optique géométrique et de la
lumière et des applications de l’optique.
C’est une activité d’investigation efficace. Mais puisqu’il y a de la réflexion totale interne
(RTI), on devrait plutôt la considérer comme une récapitulation de ce concept.
Prochaines étapes
Faites des liens entre cette démonstration et d’autres phénomènes de réfraction.
Ressources supplémentaires
1.
2.
3.
Explication détaillée de la démonstration et des concepts connexes http://www.stevespanglerscience.com/experiment/disappearing-money-sick-science (en
anglais seulement)
Site Web présentant cette démonstration http://www.youtube.com/watch?v=7tUFmu-hcEc (en anglais seulement)
Présentation PPT de l’APSO : Penny Under a Cup Take Two http://stao.ca/VLresources/2008/PennyUnderCupTwo.ppt (en anglais seulement)