- enseignement Catholique

Manuel d'expériences
Kit d'expérimentation CorEx pour élève
Optique
Kit Optique
Liste des composants: Optique 1 (47525)
N° illustr. Qté
1
1
2
5
3
1
4
2
5
1
6
1
7a,b
1
8a,b
1
9
1
10
1
11
1
12
1
13
1
14
1
15
1
16
1
17
1
18
1
19
1
20
1
21
1
22
1
23
1
24
1
25
1
26
1
27
1
28
1
1
1
N° de commande
Description
Rail, 500 mm ..........................................................................40810
Cavalier ….............................................................................. 40820
Paire de supports pour rail ..................................................... 40861
Cordons de raccordement, 50 cm .......................................... 51617
Porte-objet …......................................................................... 47215
Lampe optique ....................................................................... 47518
Condenseur avec diaphragme et porte-dias ...........................47515
Diaphragme et porte-dias .......................................................47517
Lentille biconvexe sur monture, f = +50 mm ...........................47134
Lentille biconvexe sur monture, f = +100 mm .........................47135
Lentille biconvexe sur monture, f = +200 mm .........................47136
Lentille biconcave sur monture, f = -100 mm ..........................47138
Diaphragme à trou, dia. 4 mm ................................................47143
Diaphragme à trou, dia. 2 mm ................................................ 47142
Diapositive de couleur ............................................................ 47070
Diapositive de couleur, préparation microscopique ................ 47071
Ensemble de 3 filtres de couleur (rouge, vert, bleu) ............... 47045
Jeton pour l'étude de l'ombre .................................................47510
Bougie chauffe-plat dans un support métallique .....................12816
Prisme équilatéral ...................................................................47241
Ensemble d'éléments d'optique (5 pièces) ............................. 47509
Miroir convexe/concave ..........................................................47089
Miroir plan ...............................................................................47088
Cuvette ...................................................................................47508
Diaphragme à 1/3 fente …...................................................... 47155
Support pour écran ou miroir ..................................................47256
Ecran, blanc, 90 x 90 cm ........................................................13731
Table de projection …............................................................. 47513
Boîte en plastique, 64 x 64 x 15 mm .....................................431501
Tube de graisse de silicone ..................................................408619
Matériel imprimé inclus :
1
Manuel d'expériences « Kit Optique »....................................475256
1
Fascicule du professeur « Kit Optique » .............................4752586
Liste des composants : Optique 2/Optique ondulatoire (47550)
N° illustr. Qté
29
1
30
1
31
1
32
1
33
1
34
1
35
1
36
1
37
1
1
4
N° de commande
Description
Fente réglable, sur monture ................................................... 47320
Paire de filtres polarisant, sur monture ...................................47344
Diapositive avec échantillon de mica ......................................47407
Réseau, 80 fentes/mm ........................................................... 47285
Réseau, 300 fentes/mm ......................................................... 47282
Tuyau en plastique .................................................................63692
Support pour bougie, en verre ................................................14020
Cristal de spath ...................................................................... 47405
Diapositive avec croix .............................................................47406
Boîte en plastique, 64 x 64 x 15 mm .....................................431501
© Cornelsen Experimenta
Kit Optique
Schéma de rangement
25, 27
7b, 8b
6
34
20
31–33
37
rangé dans la
boîte 431501
5
2 (1 x)
21
24
13–15
3
rangé dans la
boîte 431501
16, 17
28
4
35
19
2 (4 x)
22
23
26
36
18
29
30
12
Les pièces n° 2, 22, 23, 26 doivent être
rangées sous la table de projection
22
11
10
9
7a
8a
26
2 (4 x)
23
8
© Cornelsen Experimenta
Kit Optique
4 Réflexion sur un miroir plan
Condenseur avec
diaphragme et
porte-dias
Diaphragme à fentes,
1 fente
Miroir plan
Table de projection
Lampe
11 cm
3 cm
16 cm
Matériel
Rail
Cavalier, 4 x
Paire de supports pour rail
Cordon, 2 x
Lampe
Condenseur avec
diaphragme et porte-dias
1
2
3
4
6
Miroir plan
Diaphragme à 1/3 fentes
Projection table
23
25
28
Nécessaire en outre:
Alimentation, 12 V
7a, b
Expérience
Raccorder les supports au rail. Placer les cavaliers comme sur l'illustration ; puis installer la lampe,
le condenseur, le diaphragme muni du porte-dias, ainsi que la table de projection sur les cavaliers.
S'assurer que les composants sont positionnés comme spécifié. Enfoncer le diaphragme à une
fente dans le support.
Raccorder la lampe à l'alimentation (12 V) et observer le faisceau lumineux sur la table de projection.
Pour que le faisceau passe précisément par le centre de la table, tourner éventuellement
légèrement la lampe dans le cavalier et repositionner le condenseur.
Placer le miroir plan au milieu du disque sur la table, de telle manière que le faisceau lumineux ait
une incidence normale au miroir. Observer le résultat sur la table. Ensuite, tourner le miroir dans
les deux directions de telle manière que le faisceau incident forme un angle de 15°, 30° et 45° avec
la normale au miroir. Observer le faisceau lumineux réfléchi dans chaque cas et déterminer l'angle
qu'il forme par rapport à la normale au miroir.
Questions
1. Quelle propriétés doit avoir un matériaux afin de réfléchir des faisceaux lumineux ?
2. Quelle doit-être l'incidence de la lumière sur un miroir plan si le faisceau réfléchi doit avoir la
même direction que l'incident ?
3. Comment un faisceau lumineux est-il réfléchi si son incidence n'est pas normale à la surface d'un
miroir ?
4. Quels angles avec la normale forment le faisceau lumineux réfléchi par un miroir si le faisceau
incident forme des angles de respectivement 15°, 30° et 45° avec la normale ?
5. Quelle est la relation entre l'angle d'incidence et l'angle de réflexion sur un miroir plan ?
12
© Cornelsen Experimenta
Kit Optique
7 Réfraction de la lumière dans l'eau
Condenseur avec
diaphragme et
porte-dias
Diaphragme à fentes,
1 fente
Cuvette
Lampe
Porte-objet
3 cm
11 cm
16 cm
Matériel
Rail
1
Cavalier, 3 x
2
Paire de support pour rail
3
Cordon, 2 x
4
Porte-objet
5
Lampe
6
Condenseur avec
diaphragme et porte-dias
7a, b
Cuvette
24
25
Diaphragme à 1/3 fentes ￩
Nécessaire en outre:
Alimentation, 12 V
Eau
Lait concentré
Expérience
Raccorder les supports au rail. Placer les cavaliers comme sur l'illustration ; puis installer la lampe,
le condenseur, le diaphragme muni du porte-dias, ainsi que le porte-objet sur les cavaliers. S'assurer
que les composants sont positionnés comme spécifié. Enfoncer le diaphragme à une fente dans le
support.
Raccorder la lampe à l'alimentation (12 V) et observer le faisceau lumineux sur la table de projection.
Pour que le faisceau passe précisément par le centre de la table, tourner éventuellement
légèrement la lampe dans le cavalier et repositionner le condenseur.
Placer la cuvette sur son couvercle et la remplir d'eau, avec une goutte de lait concentré. Déposer
l'ensemble couvercle/cuvette sur le porte-objet, de telle manière que le faisceau lumineux ait une
incidence normale à une des faces de la cuvette. Observer par le dessus la trajectoire du faisceau
lumineux à travers l'eau. Tourner lentement la cuvette sur le porte objet, tout en observant la
trajectoire à travers l'eau. Porter spécialement attention aux sections du faisceau entrant et sortant
de la cuvette. A cette fin, il peut être utile de tenir un petit morceau de papier derrière la cuvette.
16
© Cornelsen Experimenta
Kit Optique
Questions
1. Quelle trajectoire prend un faisceau lumineux en passant de l'air dans l'eau si son incidence est
normale à la surface de l'eau ?
2. Quelle trajectoire prend un faisceau lumineux en sortant de l'eau dans l'air si son incidence est
normale à la surface de l'eau ?
3. Quelle trajectoire prend un faisceau lumineux en passant de l'air dans l'eau si son incidence est
oblique à la surface de l'eau ?
4. Quelle trajectoire prend un faisceau lumineux en sortant de l'eau dans l'air si son incidence est
oblique à la surface de l'eau ?
5. Quel est le rôle joué par l'angle d'incidence pour un faisceau lumineux passant de l'air dans
l'eau ?
6. Quel est le rôle joué par l'angle d'incidence pour un faisceau lumineux sortant de l'eau dans l'air ?
7. Quel terme utilise-t-on pour décrire la déviation d'un faisceau lumineux quand il passe d'un milieu
optique dans un autre ?
8. Qu'est-ce qu'un milieu peu réfringent, comparé avec un milieu très réfringent ?
9. Quel milieu optique est-il le plus réfringent : l'eau ou l'air ?
© Cornelsen Experimenta
17
Kit Optique
10 Distance focale des lentilles convergentes
f = +50
Ecran
Condenseur
Lampe
11 cm
3 cm
25 cm
30 cm
f = +100
Matériel
Rail
Cavalier, 4 x
Paire de supports pour rail
Cordons, 2 x
Lampe
Condenseur
Lens, f = +50 mm
Lens, f = +100 mm
1
2
3
4
6
7a
9
10
Support pour écran ou miroir 26
Ecran
27
Nécessaire en outre :
Alimentation, 12 V
Expérience
Raccorder les supports au rail. Placer les cavaliers comme sur l'illustration ; puis installer la lampe,
le condenseur et le support pour écran sur les cavaliers. S'assurer que les composants sont
positionnés comme spécifié.
Insérer l'écran dans le support pour écran et l'aligner de telle manière qu'il soit perpendiculaire au
rail. Raccorder la lampe à l'alimentation (12 V).
Installer la lentille de distance focale +50 mm dans le cavalier libre. Positionner la lentille de manière
à ce qu'elle forme le spot lumineux le plus petit et le plus net possible sur l'écran, en déplaçant le
cavalier. Mesurer la distance entre le centre de la lentille et l'écran, et la comparer avec la valeur de
la distance focale de la lentille. Remplacer la lentille par celle de distance focale +100 mm et répéter
la procédure.
Questions
1. Comment une modification de la distance entre la lentille et l'écran influence-t-elle le spot
lumineux sur l'écran ?
2. A quelle distance (en mm) le spot lumineux sur l'écran est-il le plus petit ? Comparer cette
distance avec la valeur de la distance focale de la lentille.
3. Quelle doit être la trajectoire des faisceaux lumineux pour rendre la taille du spot lumineux sur
l'écran minimale ?
4. De quoi dépend la distance focale d'une lentille ?
20
© Cornelsen Experimenta
Kit Optique
12 L’œil myope et sa correction
f = +100
Lampe
Lampe
48 cm
32 cm
12 cm
3 cm
28 cm
f = –100
Matériel
Rail
Cavalier, 4 x
Paire de supports pour rail
Cordon, 2 x
Lampe
Lentille, f = +100 mm
1
2
3
4
6
10
Lentille, f = –100 mm
Support pour écran ou miroir
Ecran
12
26
27
Nécessaire en outre :
Alimentation, 12 V
Expérience
Raccorder les supports au rail. Placer les cavaliers comme sur l'illustration ; puis installer la lampe,
la lentille de distance focale +100 mm et le support pour écran sur les cavaliers. S'assurer que les
composants sont positionnés comme spécifié. Insérer l'écran dans le support pour écran et l'aligner
de telle manière qu'il soit perpendiculaire au rail. Raccorder la lampe à l'alimentation (12 V).
Déplacer légèrement la lentille de manière à ce qu'elle forme l'image du filament de la lampe la plus
nette possible sur l'écran.
Dans ce dispositif, la lentille et l'écran représentent respectivement le cristallin et la rétine humaines.
La distance entre la lentille et l'écran correspond à la longueur du globe oculaire.
La longueur du globe oculaire d'une personne myope est trop longue. Cette particularité peut être
simulée en déplaçant la lentille à la distance indiquée dans l'illustration. Observer le résultat sur
l'écran.
Ensuite, installer la lentille de distance focale -100 mm dans le cavalier libre à la position spécifiée et
observer le résultat sur l'écran.
Questions
1. Comment la myopie peut-elle être biologiquement décrite ?
2. Que se produit-il avec l'image sur l'écran quand la lentille est déplacée de manière à simuler la
myopie ?
3. Que se produit-il avec l'image sur l'écran quand une lentille de distance focale -100 mm est placée
dans la trajectoire de la lumière ?
4. Comment cet effet peut-il être utile pour corriger la myopie ?
22
© Cornelsen Experimenta
Kit Optique
18 Microscope
f = +50
Diaphragme muni du
porte-dias et diapositive
avec préparation
microscopique
f = +200
40 cm
48 cm
10 cm
Matériel
Rail
Cavalier, 3 x
Paire de support pour rail
Diaphragme et porte-dias
1
2
3
8a, b
Lentille, f = +50 mm
Lentille, f = +200 mm
Diapositive de couleur,
préparation microscopique
9
11
16
Expérience
Raccorder les supports au rail. Placer les cavaliers comme sur l'illustration ; puis installer les deux
lentilles ainsi que le diaphragme muni du porte-dias. S'assurer que les composants sont positionnés
comme spécifié. Insérer la diapositive dans le porte-dias.
Prendre le dispositif en main et le diriger vers une surface brillante (par exemple un mur clair.
Approcher l’œil de l'extrémité du rail pour observer l'image de la préparation microscopique.
Tout au long de l'expérience, tenir le rail de telle manière que l’œil soit centré sur la ligne droite
théorique (axe optique) passant à travers le milieu des deux lentilles.
Corriger la position de la lentille de distance focale +50 mm pour améliorer la netteté de l'image.
Questions
1. Pourquoi le rail doit-il être tenu devant l’œil de telle manière qu'il soit centré sur la ligne droite
théorique (axe optique) passant à travers le milieu des deux lentilles ?
2. Comment appelle-t-on la lentille du microscope dirigée du côté de l'objet ?
3. Comment appelle-t-on la lentille du microscope dirigée du côté de l’œil ?
4. Quelles sont les fonctions de ces deux lentilles dans un microscope ?
5. Pourquoi l'objectif doit-il avoir la plus petite distance focale possible ?
28
© Cornelsen Experimenta
Kit Optique
19 Décomposition de la lumière – dispersion chromatique
Condenseur avec
diaphragme
et porte-dias
Diaphragme
à fentes,
1 fente
f = +100
Lampe
Table de projection
Porte-objet
et prisme
f = +50
3 cm
11 cm
25 cm
35 cm
Matériel
1
Rail
Cavalier, 4 x
2
Paire de supports pour rail
3
Cordon, 2 x
4
Porte-objet
5
Lampe
6
Condenseur avec
diaphragme et porte-dias 7a, b
Lentille, f = +50 mm
Lentille, f = +100 mm
Prisme
Diaphragme à 1/3 fentes
Table de projection
9
10
25
28
Nécessaire en outre:
Alimentation, 12 V
Expérience
Raccorder les supports au rail. Placer les cavaliers comme sur l'illustration ; puis installer la lampe,
le condenseur muni du diaphragme et porte-dias, la lentille de distance focale +100 mm et le porteobjet. S'assurer que les composants sont positionnés comme spécifié.
Raccorder la lampe à l'alimentation (12 V). Enfoncer le diaphragme à une fente dans le support.
Déposer le prisme sur le porte-objet, une de ses faces triangulaires vers le bas, de telle manière
qu'une de ses arêtes verticales soit face au faisceau lumineux. Utiliser la table de projection comme
écran en le plaçant à une distance d'environ 30 cm sur un des côtés du rail. Ajuster délicatement la
position du prisme en le tournant et le déplaçant afin de produire une image claire de bandes de
couleur adjacentes sur l'écran.
Ensuite, tenir la lentille de distance focale +50 mm directement derrière le prisme, entre celui-ci et
l'écran, et observer le résultat sur l'écran.
Questions
1. Pourquoi le faisceau lumineux provenant de la lampe doit-il être aussi étroit que possible ?
2. Quelles sont les couleurs qui composent les bandes adjacentes visibles sur l'écran ?
3. Comment appelle-t-on ces bandes adjacentes et ses couleurs ?
4. Comment de telles bandes sont-elles produites ?
5. Comment appelle-t-on ce type de décomposition de la lumière blanche ?
6. Que se produit-il quand une lentille de distance focale +50 mm est insérée entre le prisme et
l'écran ?
© Cornelsen Experimenta
29