Kit de découverte de la lumière, des lasers et de l`optique

Kit de découverte de la lumière, des lasers et de l’optique

Contenu du kit
1 laser rouge, 635nm, <1mW
1 laser vert =, 532nm, <1mW
1 Light Blox (rouge, vert, bleu)
1 LED blanche
1 boîte de 3 lentilles en verre dépoli
10 rapporteurs
10 réseaux de diffraction (500 trais/mm)
3 miroirs
3 supports de miroirs
1 paquet d’oursons en gélatine rouges et verts
1 seringue
1 guide des activités du kit
Table des matières :
Intitulé de la leçon
Niveau
Durée
La lumière monochromatique
14-18 ans
30 minutes
La lumière collimatée
14-18 ans
20-30 minutes
La lumière cohérente
16-18 ans
20-30 minutes
L’absorption et les oursons en
gélatine
12-18 ans
45-60 minutes
Le microscope laser
12-18 ans
30 minutes
Réflexion et Réfraction
14-18 ans
45 - 60 minutes
Séparation et mélange des
couleurs
12-18 ans
45-60 minutes
Mesure de la longueur d’onde
d’un laser
16-18 ans
45-60 minutes
Mesure de la largeur d’un cheveu
à l’aide d’un laser
16-18 ans
45-60 minutes

Leçon 1: La lumière monochromatique
Présentation
En comparant le spectre de la lumière blanche
avec la lumière colorée d’une LED et celle d’un
laser, les élèves constatent que la lumière
émise par un laser est
monochromatique et se présente sous la forme
d’une seule longueur d’onde (couleur).
Durée: 30 minutes
Niveau: 14-18 ans
Matériel
* Light Blox rouge, vert et bleu dont les fentes
sont munies d’opercules.
* 1 laser rouge et 1 laser vert
* Plusieurs sources de lumière blanche (LED,
lampe de poche, éclairage ordinaire)
* 10 réseaux de diffraction
Installation
1. Installer le Light Blox face à la classe, dirigé vers le fond de celle-ci, de telle sorte que les élèves
puissent voir la lumière lorsque les longueurs d’ondes changeront.
2. Installer les lasers en veillant à ce qu’ils émettent la lumière et la projettent sur un mur blanc, À
DISTANCE des élèves.
3. Distribuer un réseau de diffraction à chaque élève.
Explications et informations générales
Demander aux élèves de répondre à la question suivante : Dans quelle mesure la lumière du laser est-
elle différente des autres lumières ?
Qu’est-ce qui fait la particularité d’un laser?
Sans les commenter ni les corriger, inscrire les réponses des élèves au tableau et observer un temps
de réflexion.
Si cette leçon doit être poursuivie ultérieurement, noter les réponses sur un support papier.
Présenter la leçon en expliquant aux élèves qu’il s’agit d’étudier l’une des propriétés du laser. Ne pas
donner d’explication complémentaire. Il s’agit de voir si les élèves sont capables d’identifier cette
propriété grâce à l’observation et l’analyse.

Expérimentation et observation
1. Rappeler aux élèves que la lumière blanche est composée de “toutes” les longueurs d’ondes de la
lumière –la lumière blanche est ce que nous voyons lorsque les différentes longueurs d’ondes de la
lumière interagissent les unes avec les autres.
2. Présenter le réseau de diffraction – expliquer qu’un réseau de diffraction sépare la lumière que l’on
voit à travers celui-ci et produit un spectre. Ce spectre est la signature unique des longueurs d’ondes
qui composent la lumière que l’on est en train d’observer.
3. Faire la démonstration de l’utilisation des réseaux de diffraction aux élèves. Approcher l’oeil du
réseau de diffraction et observer une source de lumière à travers celui-ci (Ne JAMAIS regarder
directement le soleil ou un laser) – puis regarder vers le côté afin d’observer le spectre.
4. Proposer aux élèves de passer à la pratique en recherchant les spectres issus des différentes
« lumières blanches » à disposition – ampoules fluorescentes, ampoules ordinaires, lampe de poche.
5. Demander aux élèves de décrire ce qu’ils voient - “un arc-en-ciel”-. Leur demander d’indiquer les
couleurs qu’ils observent, et l’ordre dans lequel ces couleurs se présentent. Leur demander si les
couleurs des différentes lumières apparaissent dans le même ordre ou si cet ordre varie. S’assurer du
fait que les élèves parviennent à déterminer que le violet est toujours la couleur la plus proche de la
source de lumière.
6. Indiquer aux élèves qu’il s’agit ensuite d’étudier le spectre lumineux de différentes couleurs de LED.
Allumer le Light Blox et faire constater aux élèves la présence d’une LED rouge ainsi que d’une verte
et d’une bleue.
7. Demander aux élèves d’anticiper ce qu’ils verront en regardant la LED / le Light Blox.
Verront-ils un spectre ou une seule couleur? La LED est-elle composée de plusieurs longueurs
d’ondes, comme la lumière blanche, ou d’une seule? Inviter un élève qui suppose qu’il observera un
spectre à faire part de son raisonnement à la classe. De même, inviter un élève qui pense qu’il ne
verra pas de spectre à exposer son raisonnement.
8. Sans effectuer de commentaire ni de correction, proposer aux élèves de constater eux-mêmes le
résultat en utilisant les réseaux de diffraction destinés à étudier la lumière de la LED, à partir des Light
Blox rouge, vert et bleu. Il sera probablement nécessaire que les élèves se déplacent et s’approchent
afin de bien observer le phénomène.
9. Demander aux élèves de faire part de leurs observations et expliquer qu’une LED rouge, verte ou
bleue est dotée de son propre spectre de couleurs.
10. Enfin, demander aux élèves d’anticiper ce qu’ils constateront en observant les lumières verte et
rouge du laser. Inviter les élèves à partager leurs réponses et leurs raisonnements.
11. Allumer les lasers – les diriger vers un mur blanc, À DISTANCE des élèves.
12. Expliquer aux élèves qu’ils ne doivent JAMAIS -quelles que soient les circonstances- regarder
directement le faisceau d’un laser.
13. Indiquer aux élèves qu’ils vont observer le spectre du laser en faisant passer le faisceau du laser à
travers le réseau de diffraction.
14. Placer un réseau de diffraction devant chaque laser et faire remarquer aux élèves que lorsque le
réseau « sépare » la lumière du laser, il n’y qu’une seule couleur.
15. Inviter les élèves à échanger et émettre des suppositions concernant ce qu’ils ont observé.
16. Interroger les élèves : Quelle est la propriété spécifique du laser qu’ils ont découverte lors de cette
expérience ?
UNE COULEUR, UNE LONGUEUR D’ONDE ou
MONOCHROMATIQUE!!

Leçon 2: La lumière collimatée
Présentation
En comparant la lumière d’une LED à celle d’un
laser, les élèves constateront que la lumière du
laser est focalisée (rayons parallèles).
Durée: 20-30 minutes
Niveau: 14-18 ans
Matériel
• Blox laser vert
• Blox laser rouge
• Blox à lumière verte dont l’opercule de la fente a
été ôté
• Blox à lumière rouge dont l’opercule de la fente a
été ôté
• Règle
• Papier uni blanc
Explications et informations générales
Expliquer aux élèves qu’il s’agit d’observer une propriété fondamentale de la lumière laser – une
propriété qui rend les lasers beaucoup plus dangereux et puissants que la lumière qu’ils connaissent
– même lorsque la puissance du laser est très faible, tel que c’est le cas ici (Blox laser).
La lumière du laser est collimatée - les rayons de lumière sont parallèles les uns aux autres.
Montrer le contraste avec la lumière « ordinaire », laquelle se diffuse ou diverge lorsqu’elle se
déplace. Cette activité permet de démontrer l’effet de collimation.
Installation
1. Diviser les élèves en 5 groupes.
2. Donner une source lumineuse à chaque groupe (Light Blox ou Blox laser), une règle et une feuille
de papier.
3. Pendant que les élèves collectent les données, dessiner le graphique suivant au tableau ou sur
une grande feuille de papier blanc.