La fontaine lumineuse

Thème : Santé
durée : 1,5 h
La fontaine lumineuse
Programme seconde 2010
Notions et contenus
Compétences attendues
Propagation rectiligne de
la lumière
Pratiquer une démarche
expérimentale sur la réfraction
et la réflexion totale.
Réfraction et réflexion
totale.
Programmes collège
Pré requis
Connaissances
Le laser présente un danger
pour l’œil.
Pour voir un objet, il faut
que l’œil en reçoive
de la lumière.
La lumière se propage de
façon rectiligne.
Le trajet rectiligne de la
lumière est modélisé
par le rayon lumineux.
capacités
Rechercher, extraire et
organiser l’information
utile, observable.
Identifier le risque
correspondant, respecter
les règles de sécurité.
Faire un schéma
normalisé du rayon
lumineux
en respectant les
conventions.
Socle commun de connaissances et de compétence :
1 – Maitrise de la langue française
3 – Culture scientifique et technologique
7 – Autonomie et initiative
Scénario
Il est aisé en, en répétant l’expérience de Colladon d’établir
une Fontaine lumineuse : une lampe munie d’un réflecteur
projette ses rayons sur une carafe de forme sphérique, qui
joue le rôle d’une lentille convergente. Devant la carafe, on
dispose un verre carré, par exemple, une caisse de bois
étanche, où un tuyau déverse régulièrement de l’eau limpide.
La paroi du vase placée contre la carafe est faite d’une glace
transparente pour laisser les rayons. A la paroi opposée, on
adapte un petit tube par l’orifice duquel l’eau s’écoule. Le
faisceau de lumière, concentré alors sur l’orifice
d’écoulement à travers la masse d’eau, rencontre la parabole
liquide sous une incidence telle qu’il ne peut en sortir […]
La physique populaire (18 ??)
Emile Desbeaux p 809 (source Gallica BNF)
De nos jours, des dispositifs semblables
utilisant le laser permettent, par exemple à
des artistes, des réalisations vivantes et
colorées, ou à la médecine de réaliser des
diagnostiques…
Support(s) de travail
Matériel pour réalisation de fontaines lumineuses : boitiers cylindriques haut (vendus pour
contenir 50 (CD ou DVD), lasers, eau, alcool, glycérine …
Image ci-contre projetée dans la salle
Frédéric Dargent Lycée La Trinité Béziers
Consigne(s)
On se propose de réaliser une démarche expérimentale pour expliquer le(s) phénomène(s) physique(s) en jeu dans les fontaines
lumineuses.
L’un des paramètres susceptibles d’avoir un effet sur la propagation de la lumière apparaît dans le texte. Identifier ce paramètre et
indiquer parmi les actions ci-dessous celle(s) qui pourrai(en)t permettre d’analyser son influence :
-
Diriger le laser en direction de l’ouverture où coule la fontaine
Faire varier la hauteur de liquide dans le réservoir
Modifier le liquide contenu dans le réservoir
Réaliser l’écoulement dans un tuyau en caoutchouc transparent placé en sortie de fontaine
Ne pas introduire de liquide dans la fontaine
Quel(s) autre(s) facteur(s), les actions ci-dessus peuvent-elles permettre de mettre en évidence ?
Quelle application la fontaine lumineuse a-t-elle selon vous inspirée au domaine médical ?
On pourra utiliser le modèle du rayon lumineux pour raisonner (schéma)
Proposition de bilan de cours
La lumière qui se propage en ligne droite dans un milieu transparent et homogène, peut être déviée et/ou réfléchie au passage d’un
milieu transparent à un autre.
Le passage d’un milieu à un autre se nomme réfraction.
On parle de réflexion totale si la lumière est totalement réfléchie : il n’y pas réfraction dans le nouveau milieu rencontré.
La possibilité de rencontrer ce phénomène dépend de l’ordre dans lequel les milieux traversés se succèdent. Lorsque cet ordre est
favorable, il existe un angle d’incidence limite au-delà duquel il y réflexion totale. Pour une incidence inférieure, la réfraction est
possible.
Exemples :
Angle d’incidence noté i
i
Air
i
Eau
Air
Eau
Quelque soit l’angle d’incidence , l’ordre de
succession des milieux ne permet pas d’obtenir
la réflexion totale.
L’angle d’incidence est assez grand et l’ordre de
succession des milieux est favorable : il y
réflexion totale, la lumière n’est pas réfractée.
Le milieu médical utilise ce phénomène pour la fibroscopie : le principe de la fibre optique repose sur la réflexion totale
Frédéric Dargent Lycée La Trinité Béziers
Quelques réponses élèves
Sur la hauteur d’eau dans le réservoir :
Vitesse, pression sont évoqués pour expliquer la propagation de la lumière.
Sur la trajet du faisceau laser :
75 % de la classe propose un trajet correct du faisceau dans le filet d’eau, les autres pensent que le faisceau suit le trajet du filet d’eau.
…..
Respecter la
sécurité
Définir amplitude
Proposer un
protocole
Utiliser un
vocabulaire
adapté
argumentation
Elaborer une
Savoir
propagation
lumière
Identifier des
paramètres
NOMS
Décrire une
expérience avec
un vocabulaire
correct
Quelques idées pour une évaluation de compétences en continu
Les élèves écrivent sur leur cahier de TP( analyses, dessins…). Les erreurs ne sont pas gommées mais barrées et la version correcte notée à
côté.
Le bilan de cours complété avec la classe sur la fiche élève papier distribuée ou sur pdf ou doc (utilisation en classe du portable)
Bibliographie :
La physique populaire (18 ??)
Emile Desbeaux p 809 (source Gallica BNF)
Mémorial revue encyclopédique des connaissances humaines année 1842 (source Gallica BNF) p 639 (331)
BUP octobre 2010 n°927 p 89
Frédéric Dargent Lycée La Trinité Béziers