1° u3 - tp 2 : infrarouge et ultraviolet

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Démarche d’investigation et réalité augmentée : la réfraction
CONTEXTE PEDAGOGIQUE
Classe de seconde
Réfraction.
Lois de Snell-Descartes.
Pratiquer une démarche expérimentale pour
établir un modèle à partir d’une série de
mesures et pour déterminer l’indice de
réfraction d’un milieu.
Cette séquence est intégrée dans une démarche d'investigation autour du thème de la réfraction,
Chaque binôme dispose du dispositif « disque optique » avec un pied, une webcam et un
ordinateur. Le professeur peut orienter les élèves dans leur démarche en leur donnant des indices
en réalité augmentée. En fonction de l'état d'avancement d'un groupe, le professeur va pouvoir
afficher des réponses partielles ou totales sur les angles à mesurer.
L’APPLICATION MIRAGE DE REALITE AUGMENTEE
Se rendre sur le site de Mirage : http://mirage.ticedu.fr pour démarrer ou télécharger l’application
REGLAGES INITIAUX
Le placement du marqueur se fait comme dans l’image ci-après. Il est recommandé d’imprimer le
marqueur sur du papier épais afin que celui-ci se fixe facilement sous le plexiglas. Prévoir de laisser
un peu de papier sur le côté droit du marqueur pour faire une zone d’accroche. Le calcul des
angles se fait par rapport à l’angle de rotation du marqueur par rapport à la webcam. Assurez-vous
 de placer le cadre de la webcam très exactement parallèle aux bords du marqueur quand le
compas indique un angle d’incidence de 0°.
 de placer la webcam à la verticale du centre de rotation du compas.
 de faire coïncider les axes en bleu avec le compas du disque et le bord du demi-cylindre
quand celui indique un angle d’incidence de 0°.
Fig 1.
Marc Aurélien Chardine – Lycée Pierre Corneille - Rouen – Mirage : http://mirage.ticedu.fr
Fig 2.
Fig 3.
Fig 1.Le marqueur placé selon les axes principaux du
compas.
Fig 2. Une webcam placée à la verticale du centre de
rotation du compas et le montage du « disque optique ».
Fig 3. Capture d’écran de l’application Mirage qui
incruste en réalité augmentée les axes principaux pour
l’étalonnage. Les cartes indice une fois validée vont
permettre d’afficher plus d’informations pour aiguiller
l’élève dans la mesure des angles (voir vidéo sur le site
de http://mirage.ticedu.fr).
LES SOLUTIONS PARTIELLES EN REALITE AUGMENTEE
SANS SOLUTION PARTIELLE
Affichage en réalité augmentée de la surface de
séparation et de la normale
ANALYSER SOLUTION PARTIELLE 1
Affichage en réalité augmentée des angles à mesurer
Affichage en réalité augmentée des noms des angles
à mesurer
Affichage en réalité augmentée des valeurs des
angles d’incidence et de réfraction.
FICHE ELEVE / THEME L’UNIVERS / SECONDE
COMPETENCES TRAVAILLEES :
ANALYSER : PROPOSER UNE STRATEGIE (PROTOCOLE EXPERIMENTAL) POUR REPONDRE A UN PROBLEME
POSE.
REALISER : REALISER UN DISPOSITIF EXPERIMENTAL; MAITRISER CERTAINS GESTES TECHNIQUES.
VALIDER : EXPLOITER DES MESURES
PROBLEMATIQUE : A l’AIDE D’UNE DEMARCHE EXPERIMENTALE, TESTEZ LES HYPOTHESES DES TROIS
SCIENTIFIQUES CI DESSOUS ET INDIQUER CELLE QUI EST VALIDE.
DOC 1 : Voici trois scientifiques qui ont étudié la
réfraction
 Robert Grossetête pense que l'angle de
réfraction r est égal à la moitié de l'angle
d'incidence i.
 Johannes Kepler proposa une relation de
proportionnalité entre les angles d’incidence i
et de réfraction r.
 Willebrord Snell a déterminé
expérimentalement aux environs de 1621 une
relation de proportionnalité entre les sinus des
angles incidence i et de réfraction r.
DOC 2 : Mettre sa calculatrice en mode degré pour
calculer un sinus :
Casio : Appuyer sur SHIFT + MENU
Texas Instrument : Appuyer sur MODE
DOC 3 : Quelques exemples d’indice de milieu
air
eau
verre
diamant
DOC 4 : Comment déterminer un rapport de proportionnalité …
Pour établir une relation de proportionnalité entre deux angles i et r,
il suffit de tracer i en fonction de r. Si on obtient une droite qui passe
par zéro, i et r sont proportionnels.
On exprime une proportionnalité de la manière suivante : I = m x r
avec m : coefficient de proportionnalité et coefficient directeur de la
droite
1.00
1.33
1.50
2.10
Elaborer une démarche expérimentale pour répondre à la problématique (schéma à l’appui)
APPEL
Appeler le professeur pour valider votre protocole
Détailler votre démarche pour résoudre la problématique (tableau de mesure, graphique sur papier
millimétré). Déterminer graphiquement les valeurs des coefficients de proportionnalité quand cela est
possible et conclure.
APPEL
Appeler le professeur en cas de blocage
FICHE PROFESSEUR / Solutions partielles et totales
Pour les solutions partielles 1, 2 et 3, placer les marqueurs devant la webcam pendant 3 secondes pour
valider l’indice.
ANALYSER : SOLUTION
PARTIELLE 1
ANALYSER : SOLUTION
PARTIELLE 2
ANALYSER : SOLUTION
PARTIELLE 3
marqueur principal
ANALYSER : SOLUTION PARTIELLE 4
Positionner correctement l’hémi cylindre de plexiglas sur le plateau tournant.
Faire arriver un rayon de lumière sur la face plane de l’hémi cylindre pour un angle i non nul.
ANALYSER : SOLUTION TOTALE
Positionner correctement l’hémi cylindre de plexiglas sur le plateau tournant.
Faire arriver un rayon de lumière sur la face plane de l’hémi cylindre pour un angle i non nul.
Sur Mirage, le professeur débloque tous les indices
Faire varier i de 0 à 80° (de 10° en 10°) et consigner dans un tableau les valeurs de i et r.
VALIDER : SOLUTION PARTIELLE 1 : Déterminer un coefficient directeur et une ordonnée à l’origine
L’équation d'une droite est de la forme : y=m.x+p avec m : coefficient directeur et p : ordonnée à l’origine
Pour trouver une équation de droite, dont on connait deux points, on calcule le coefficient directeur m de
cette droite. (qui correspond au coefficient de proportionnalité que l’on désire calculer).
On considère deux points sur la droite, A et B et on détermine leurs abscisses et ordonnées A(xA,yA) et B(xB,
yB), le coefficient directeur s’exprime de la manière suivante :
m
yb  ya
xb  xa
L’ordonnée à l’origine est le point d’intersection de la droite avec l’axe des ordonnées
VALIDER : SOLUTION PARTIELLE 3 :
Pour l’hypothèse de Robert Grossetête. Calculer les valeurs i/2 et comparer aux valeurs de r. Conclure
VALIDER : SOLUTION PARTIELLE 4 : Pour l’hypothèse de Kepler et Snell
Tracer i en fonction de r pour la loi de Kepler.
Tracer sin(i) en fonction de sin(r) pour la loi de Snell.
Y a–t-il proportionnalité (voir document) ? Si oui, déterminer le coefficient directeur
VALIDER : SOLUTION PARTIELLE TOTALE
L’équation d'une droite est de la forme : y=m.x+p avec m : coefficient directeur et p : ordonnée à l’origine
Pour trouver une équation de droite, dont on connait deux points, on calcule le coefficient directeur m de
cette droite. (qui correspond au coefficient de proportionnalité que l’on désire calculer).
On considère deux points sur la droite, A et B et on détermine leurs abscisses et ordonnées A(xA,yA) et B(xB,
yB), le coefficient directeur s’exprime de la manière suivante :
m
yb  ya
xb  xa
L’ordonnée à l’origine est le point d’intersection de la droite avec l’axe des ordonnées
Pour l’hypothèse de Robert Grossetête. Calculer les valeurs i/2 et comparer aux valeurs de r. Conclure
Tracer i en fonction de r pour la loi de Kepler.
Tracer sin(i) en fonction de sin(r) pour la loi de Snell.
Y a–t-il proportionnalité (voir document) ? Si oui, déterminer le coefficient directeur

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