Cahier de laboratoire. Ondes, Optique et Physique moderne Numéro du cours : Sciences de la nature 200.B0 Physique 203-NYA-05 (Mécanique)

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1 Cahier de laboratoire Titre du cours : Ondes, Optique et Physique moderne Numéro du cours : 203-NYC-05 Pondération : Programme : Discipline : Préalable : Sciences de la nature 200.B0 Physique 203-NYA-05 (Mécanique) Professeur : Michèle Paré Bureau : 3209A Téléphone : poste 7496 Courriel : Site Web : Département : Campus : Physique Val-d Or Nom :

2 2 Table des matières 1. Conférence assistée d un diaporama Thèmes abordés Un exemple Première expérience Grille de correction Protocole Pré laboratoire Durant l expérience Diaporama Deuxième expérience Grille de correction Protocole Pré laboratoire Durant l expérience Diaporama Cibles d évaluation Protocoles Pré laboratoire Durant l expérience Diaporama Cinquième expérience Grille de correction Protocole Pré laboratoire Durant l expérience Diaporama et exposé oral Sixième expérience Cibles d évaluation Protocole Pré laboratoire Durant l expérience Diaporama et exposé oral

3 3 1. Conférence assistée d un diaporama La conférence est un moyen abondamment utilisé pour transmettre les avancées scientifiques faites par les différentes équipes de recherche. C est une façon efficace, pour les spécialistes reconnus dans un domaine très pointu, de diffuser les résultats de leurs recherches. Un peu comme une formation, les orateurs peuvent vulgariser les notions et répondre aux questions des personnes assistant à la présentation. 1.1 Thèmes abordés On présente ici les thèmes faisant partie d une conférence ayant pour but de présenter une expérience de laboratoire. Ce sont à peu près les mêmes thèmes que ceux abordés dans un rapport de laboratoire conventionnel. 1. Titre et auteurs : titre et auteurs de l expérience. 2. Introduction : celle-ci peut être divisée en deux parties : i. Préalables : connaissances de base sur lesquelles s appuie l expérience. ii. Objectif : brève description du but ou de l avancement scientifique que l expérience veut apporter. 3. Méthode : description sommaire du protocole permettant d accomplir l objectif fixé. Un schéma ou une photo du montage peut être inclus dans cette section. On y explicite aussi la ou les équations qui permettront de calculer les résultats. 4. Mesures et résultats : principaux résultats, en lien avec l objectif, sous forme de tableau ou de graphique. Une ou plusieurs mesures servent à identifier la variation du ou des paramètres afin de mieux interpréter les résultats respectifs. 5. Interprétation des résultats : sans décrire les résultats, extraire de ceux-ci les informations pertinentes pour une éventuelle reprise de l expérience. 6. Conclusion : poser un constat sur l atteinte ou non de l objectif. 3

4 4 1.2 Un exemple Voici donc, à titre d exemple, un diaporama présentant une expérience de laboratoire. Chacune des diapositives est accompagnée d un texte servant de repère à l exposé oral. Le diaporama a été produit avec le logiciel Microsoft PowerPoint. Titre et auteurs : Présentation de l auteure: «Bonjour tout le monde. Je suis Michèle Paré; je suis professeure de physique au Cégep de l Abitibi-Témiscamingue». Donner le titre de l expérience et relater une anecdote ou un fait historique : «Aujourd hui, je vais vous présenter les résultats, et leur interprétation, d une expérience visant à déterminer l accélération gravitationnelle terrestre. Celle-ci est déduite à partir de l équation de la force gravitationnelle établie par Isaac Newton. La légende veut que Newton ait été inspiré par la vue d une pomme tombant d un arbre». Donner quelques applications possibles ou un questionnement en lien avec l expérience: «En fait, lorsqu on lâche un objet, pourquoi tombe-t-il? Pourquoi ne monte-t-il pas ou ne reste-til pas en suspension? 4

5 5 Introduction : Conséquence lorsqu une ou des forces sont appliquées à un objet : «Un objet massif subissant une somme des forces non-nulle, sera accéléré selon la 2 ième loi de Newton». Établir la condition pour créer une force gravitationnelle: «Parmi toutes les forces possibles, il existe celle qu on appelle la force gravitationnelle. Quelles sont les conditions pour générer une force gravitationnelle? Il faut minimalement 2 objets et ceux-ci doivent tout simplement posséder une masse.» Énumérer les caractéristiques de cette force: «Rappelons qu une force est une quantité vectorielle et que, dans ce cas-ci, elle est uniquement attractive. Rappelons aussi qu il n y a pas un objet qui force plus sur l un que l autre; la 3 ième loi de Newton en fait foi.» Nommer les paramètres influençant le module de la force gravitationnelle: «Pour la force gravitationnelle, ce sont les masses et la distance entre celles-ci qui vont contribuer à générer une force plus ou moins grande». 5

6 6 Présenter l équation de la force gravitationnelle: «D après les expérimentations, la force gravitationnelle est directement proportionnelle aux masses des objets et inversement proportionnelle au carré de la distance entre les deux. Pour obtenir égalité, on doit introduire la constante universelle G. Entre autres, cette force est extrêmement petite entre un 46 proton et un électron dans un atome d H : 10 N et très grande entre la Terre et le Soleil : N». Donner des précisions sur l accélération gravitationnelle terrestre: «Lorsque la Terre est impliquée, la constante G multipliée par la masse de la Terre et divisée par le rayon terrestre au carré donne l accélération gravitationnelle terrestre commune à tous les objets en chute libre. Cette valeur de l accélération, g = 9,81 m 2, est la même peu importe la s masse de l objet (une plume ou une pièce de monnaie)». Fournir les limites expérimentales: «Pour que ce soit observable, il faut naturellement négliger la résistance de l air». 6

7 7 Méthode : Méthode Un système masse-ressort à la verticale: En connaissant la constante de rappel kdu ressort, la masse m de l objet accroché au ressort et l étirement du ressort xpar rapport à sa position d équilibre, on trouve l accélération gravitationnelle terrestre g: F m g g gravitationelle = = k x m k x = F ressort Expliquer le montage (un montage peut être amené afin de bien visualiser la méthode): «À la position verticale, on suspend un ressort auquel est accroché une masse». Établir le lien avec le but: «La force gravitationnelle attractive entre la Terre et la masse suspendue fera descendre celle-ci. Cependant, une force exercée par le ressort arrêtera sa descente jusqu à une position d équilibre où les 2 forces se contrebalancent». Isoler la valeur recherchée: «À l aide des équations propres à chacune des forces, il est possible d isoler la valeur de l accélération gravitationnelle terrestre calculée avec les valeurs de la constante de rappel du ressort k, l étirement du ressort jusqu à la position d équilibre x et la masse suspendue m». 7

8 8 Mesures et résultats : Mesures et résultats Pour un même ressort avec k = 100 N/m ±2 N/m Masse Étirement Accélération gravitationnelle m x [kg] [m] [m/s 2 ] g Accélération gravitationnelle théorique g [m/s 2 ] ±0,01 ±0,002-0,97 1,23 2,48 0,094 9,7 ± 0,5 0,126 10,2 ± 0,4 0,251 10,1 ± 0,3 9,81 Spécifier les limites expérimentales: «Un seul ressort a été utilisé pour cette expérience; il a fallu se fier à la constante de rappel fournie par le manufacturier. Il aurait été préférable d utiliser plusieurs ressorts. De plus, en utilisant des grandes valeurs de masses (pour minimiser les incertitudes relatives sur la masse et l étirement), il est possible que les étirements «exagérés» aient dénaturé le ressort et changé sa constante de rappel». Comparer les résultats avec la valeur numérique: «On constate ici que tous les résultats, en considérant l incertitude sur ceux-ci, englobent la valeur théorique». 8

9 9 Interprétation des résultats : Interprétation des résultats On obtient des résultats englobant la valeur théorique de 9,81 m/s². Cependant, les erreurs pourraient être minimisées davantage: o Avec un ressort avec une constante de rappel plus grande dont la valeur serait connue plus précisément. o En utilisant des masses élevées, les erreurs relatives sur la masse et sur l étirement diminueraient. o Refaire l expérience avec d autres ressorts. Résumer à nouveau les résultats: «Les 3 résultats expérimentaux englobent la valeur théorique de l accélération gravitationnelle terrestre». Sources d erreurs à minimiser pour une éventuelle reprise de l expérience: «Pour minimiser l incertitude sur les résultats, il est important de diminuer l incertitude relative pour chacun des paramètres présents dans les calculs (la constante de rappel du ressort, l étirement du ressort et la masse accrochée à celui-ci) en s assurant que ceux-ci ont des grandes valeurs. De plus, l utilisation de plusieurs ressorts aurait permis d obtenir un échantillonnage de résultats plus important». 9

10 10 Conclusion : Conclure si l expérience a permis de répondre au but: «L expérience a permis de valider la valeur de la constante gravitationnelle par rapport à la valeur théorique». Donner les implications: «La valeur de cette accélération gravitationnelle permet de prédire, pour n importe quelle masse, le taux de variation de sa vitesse lorsqu on la laisse tomber en chute libre. Naturellement, tout ça en négligeant la résistance de l air!» 10

11 2. Première expérience Cette première expérience n est pas soumise à une évaluation sommative. 2.1 Grille de correction Compétence ÉLÉMENT DE LA COMPÉTENCE : Vérifier expérimentalement quelques lois et principes Compétence Compétence Compétence nettement reliés aux ondes, à l optique et à la physique moderne. absente insuffisante minimale insuffisante Pondération Éléments de contenu Pré laboratoire Mesures de la partie a) : titre, nom des paramètres, symboles, unités de mesures et présentation. Mesures de la partie a) : les bons paramètres à mesurer sont identifiés et /14 indication du ou des paramètres constants. Mesures de la partie b) : titre, nom des paramètres, symboles, unités de mesures et présentation. Mesures de la partie b) : les bons paramètres à mesurer sont identifiés et indication du ou des paramètres constants. Durant le laboratoire /29 /57 Compétence moyenne Compétence supérieure 0 0,6 1,2 1,8 2, ,8 1,6 2,4 3, ,6 1,2 1,8 2, ,8 1,6 2,4 3,2 4 L attitude de l équipe (maîtrise du protocole, initiative, respect du temps alloué) 0 1,4 2,8 4,2 5,6 7 Partie a) : Calcul et incertitude de f théorique : équation, symboles cohérents, résultat et incertitude adéquats. 0 2,4 4,8 7,2 9,6 12 Partie b) : Calcul et incertitude de L : équation, symboles cohérents, théorique résultat et incertitude adéquats Diaporama et exposé Présentation générale : clarté, couleurs, structure, français, 0 1,2 2,4 3,6 4,8 6 Diapositive : Titre et auteurs. Texte accompagnant la diapositive adéquat. 0 0,6 1,2 1,8 2,4 3 Mesures et résultats partie a) : Graphique EXCEL de f 1 ( ) L : titre, axes avec noms, symboles, unités de mesure et échelle appropriée, cohérents avec le titre. Barres d erreur, courbe de tendance, courbe théorique et équations. Mesures et résultats partie b) : Graphique EXCEL de L ( T ) : titre, axes avec noms, symboles, unités de mesure et échelle appropriée, cohérents avec le titre. 0 1,4 2,8 4,2 5, ,4 2,8 4,2 5,6 7 Barres d erreur, courbe de tendance, courbe théorique et équations. Textes accompagnant les diapositives des graphiques adéquats Diapositive : Analyse des graphiques: signification des pentes, comparaison entre les courbes théoriques et expérimentales. Texte d exposé : adéquat. 0 2,8 5,6 8,4 11,2 14 Diapositive : sources d erreur. Texte accompagnant la diapositive adéquat /100 0% 20% 40% 60% 80% 100%

12 2.2 Protocole Sonomètre. But: Vérifier les lois des cordes vibrantes. Théorie: L'équation de la vitesse de propagation d'une onde dans une corde est donnée par: F v = = f λ (1) ( v = fλ, s'appliquant à tous les milieux) µ dans une corde, F est donnée par la tension T. D'après l'équation (1) l'expression de la fréquence s'écrit alors: f 1 T = (2) λ µ N.B. Dans le cas particulier où la corde vibre à la fréquence fondamentale ( λ = 2L ) l'équation (2) devient: f = 1 T 2L µ (3) Manipulations: L'expérience consiste à vérifier l'équation (3) à l'aide du montage suivant: L sonomètre m

13 13 La tension T dans la corde est déterminée par la masse suspendue. µ = 3,28 ± 0, La densité de masse linéique µ de la corde est de : ( ) kg m Étapes à suivre pour vérifier l'équation. a) Une tension constante, plusieurs fréquences: 1) Calculer, d'après l'équation (3), la tension T nécessaire pour que la corde puisse résonner à 256Hz lorsque la corde mesure 30, 2cm de longueur. 2) Sur le montage, fixer la longueur de la corde à 30, 2cm et suspendre la masse donnant la tension T calculée en a). 3) Vérifier que la fréquence fondamentale du sonomètre est alors 256Hz. Pour effectuer cette vérification, suivre la démarche suivante: i) Faire vibrer la corde du sonomètre et s'assurer, à l oreille, qu'elle émet la même note que celle du diapason f = 256Hz. ii) On s'assure plus précisément que ces deux fréquences (celle du diapason et du sonomètre) sont identiques en faisant vibrer le sonomètre à la même fréquence que le diapason. Pour ce faire, frapper le diapason avec le marteau de caoutchouc, et placer son extrémité sur la boîte du sonomètre. Si la corde du sonomètre a la bonne longueur, on peut voir tressauter le cavalier en papier placé, préalablement, au centre de la corde. Modifier et prendre en note la longueur qui maximise le tressautement 4) En gardant la même tension, utiliser 4 autres diapasons. Trouver expérimentalement la longueur de la corde L permettant de faire résonner, au mode fondamental, la fréquence de ces 4 autres diapasons. Vous pouvez effectuer le calcul théorique de la longueur à l avance pour vous donner ainsi une bonne idée de l emplacement du chevalet. b) Une fréquence, plusieurs tensions. Pour une fréquence donnée, constante ( f < 512Hz ), trouver expérimentalement la longueur L que doit avoir la corde pour faire vibrer cette fréquence au mode fondamental en utilisant 5 tensions différentes. Vous pouvez effectuer le calcul théorique de la longueur à l avance pour vous donner ainsi une bonne idée de l emplacement du chevalet. Refaire la même vérification que dans les manipulations (3 ii) de la partie a). 13

14 Pré laboratoire Noms : Groupe : Il s agit ici de préparer les tableaux des mesures pour les parties a et b. Indiquez le titre des tableaux, les paramètres, leur symbole, l unité de mesure. Indiquez aussi lequel de ces paramètres demeure constant : Partie a) : Titre : ± ± ± Partie b) : Titre : ± ± ± 14

15 15 Copie de l étudiant Partie a) : Titre : ± ± ± Partie b) : Titre : ± ± ± 15

16 Durant l expérience Noms : Ici, on demande les calculs, avec l incertitude, de fthéorique partie b). de la partie a) et de Lthéorique de la 16

17 17 Copie de l étudiant Ici, on demande les calculs, avec l incertitude, de fthéorique partie b). de la partie a) et de Lthéorique de la 17

18 Diaporama Voici les thèmes devant être présentés sous forme de diapositives auxquelles vous ajoutez un texte explicite de l exposé oral en lien avec le diaporama. 1. Titres et auteurs. 2. Mesures et résultats : Graphique EXCEL de f ( 1 L) Graphique EXCEL de L( T ). 3. Interprétation des résultats. Répondre aux questions suivantes : Analyser brièvement les graphiques obtenus : o Signification de la pente. o Comparaison entre les courbes expérimentales et théoriques. Énumérer les principales sources d erreur et comment les diminuer. 18

19 3. Deuxième expérience Cette deuxième expérience n est pas soumise à une évaluation sommative. 3.1 Grille de correction Compétence ÉLÉMENT DE LA COMPÉTENCE : Vérifier expérimentalement quelques lois et principes Compétence Compétence Compétence nettement reliés aux ondes, à l optique et à la physique moderne. absente insuffisante minimale insuffisante Pondération Éléments de contenu Pré laboratoire /20 /37 /43 Compétence moyenne Compétence supérieure Méthode 1 : sources d erreur identifiées. 0 1,2 2,4 3,6 4,8 6 Méthode 2 : démonstration explicite : schéma, équations et symboles cohérents Méthode 3 : définition de la déviation minimale. 0 0,8 1,6 2,4 3,2 4 Durant le laboratoire L attitude de l équipe (maîtrise du protocole, initiative, respect du temps alloué) 0 1,2 2,4 3,6 4,8 6 Méthode 1 : tableau : titre, nom des paramètres, symboles, unités de mesures et présentation. 0 1,2 2,4 3,6 4,8 6 Méthode 1 : tableau : nombre de chiffres significatifs, incertitudes adéquates, justifications des bonifications. 0 1,2 2,4 3,6 4,8 6 Méthode 2 : calcul et incertitude de l indice de réfraction : équations, symboles cohérents, résultats et incertitudes adéquats. 0 1,2 2,4 3,6 4,8 6 Méthode 2 : comparaison des distances minimales expérimentale et théorique Méthode 3 : calcul et incertitude de l indice de réfraction : équations, symboles cohérents, résultats et incertitudes adéquats. 0 1,6 3,2 4,8 6,4 8 Diaporama et exposé Présentation générale : clarté, couleurs, structure, français, 0 1,2 2,4 3,6 4,8 6 Diapositive : Titre et auteurs. Texte accompagnant la diapositive adéquat. 0 0,8 1,6 2,4 3,2 4 Introduction : préalables explicites et texte accompagnant la diapo adéquat. 0 1,4 2,8 4,2 5,6 7 Introduction : objectif clair et texte accompagnant la diapositive adéquat. 0 1,2 2,4 3,6 4,8 6 Mesures et résultats : indice de réfraction avec les 3 méthodes. Texte accompagnant la ou les diapositives adéquat. 0 1,6 3,2 4,8 6,4 8 Interprétation des résultats : la meilleure méthode est identifiée et justifiée. Texte accompagnant la diapositive adéquat. 0 2,4 4,8 7,2 9,6 12 /100 0% 20% 40% 60% 80% 100%

20 3.2 Protocole Indice de réfraction. But: Mesurer l'indice de réfraction n d'un milieu transparent à l'aide de 3 méthodes. 1) À l'aide d'un microscope: microscope A B milieu B porte-objet Manipulations: i) Faire la mise au point du microscope sur la tache B (sans milieu) faite sur une feuille blanche (porte-objet). Prendre la mesure sur le microscope. ii) iii) iv) Mettre le milieu (en verre de flint) sur le porte-objet et refaire la mise au point sur la tache B (B'). Noter la mesure du microscope. Faire une tache A sur la surface du milieu et refaire une mise au point sur celle-ci. Prendre en note la lecture donnée par le microscope. Vérifier l'épaisseur du milieu à l'aide d'un pied à coulisse ou d une règle. A B v) Calcul de l'indice de réfraction: n = ' A B (1) A-B: (distance entre A et B) épaisseur du milieu donnée par le déplacement du microscope. A-B': distance entre A et l image de B réfractée (B ) par le milieu. vi) Répéter l expérience pour un milieu liquide.

21 21 2) À l'aide du tracé des rayons lumineux: Voici le schéma du montage: h d i i r r i Manipulations: i) Faire réfracter un rayon lumineux dans un prisme transparent (en verre de flint). ii) iii) Tracer sur une feuille, placée sous le montage, les paramètres suivants: a) la forme du prisme b) le rayon incident c) le rayon réfléchi d) le rayon réfracté Mesurer la plus petite distance d entre le rayon incident et le rayon réfracté afin de vérifier si cette mesure correspond à la valeur calculée à partir de la formule suivante: h sin( i r) d = (2) cos r iv) Trouver l'indice de réfraction n du prisme. 21

22 22 3) À l aide d un prisme : En modifiant l angle d un rayon incident, établir (à l œil) quel angle permet d avoir la déviation minimale de la trajectoire initiale du rayon (lorsque i = β ). D après cette méthode, l indice de réfraction du prisme en verre de flint serait donné par : φ + δ min sin 2 n = (3) φ sin 2 i φ β 22

23 Pré laboratoire Noms : Groupe : i) Méthode 1 : Identifier les principales sources d erreur pour cette première méthode permettant de déterminer l indice de réfraction : ii) Méthode 2 : Démontrer l équation (2) à la page 20 : 23

24 24 iii) Méthode 3 : Donner la définition de la déviation minimale de la trajectoire initiale : 24

25 25 Copie de l étudiant i) Méthode 1 : Identifier les principales sources d erreur pour cette première méthode permettant de déterminer l indice de réfraction : ii) Méthode 2 : Démontrer l équation (2) à la page 20 : 25

26 26 iii) Méthode 3 : Donner la définition de la déviation minimale de la trajectoire initiale : 26

27 Durant l expérience Noms : i) Méthode 1 : Utiliser l espace ci-dessous pour produire un tableau réunissant les mesures et les résultats (indices de réfraction des 2 milieux) : 27

28 28 ii) Méthode 2 : 1. Calcul de l indice de réfraction du prisme rectangulaire et son incertitude : 2. Comparaison de d théorique et d expérimental : Calcul avec l équation de d théorique : Valeur mesurée expérimentalement : Commentaires : 28

29 29 iii) Méthode 3 : Calculer l indice de réfraction du prisme triangulaire et son incertitude : 29

30 30 Copie de l étudiant i) Méthode 1 : Utiliser l espace ci-dessous pour produire un tableau réunissant les mesures et les résultats (indices de réfraction des 2 milieux) : 30

31 31 ii) Méthode 2 : 1. Calcul de l indice de réfraction du prisme rectangulaire et son incertitude : 2. Comparaison de d théorique et d expérimental : Calcul avec l équation de d théorique : Valeur mesurée expérimentalement : Commentaires : 31

32 32 iii) Méthode 3 : Calculer l indice de réfraction du prisme triangulaire et son incertitude : 32

33 Diaporama Voici les thèmes devant être présentés sous forme de diapositives auxquelles vous ajoutez un texte explicite de l exposé oral en lien avec le diaporama. 1. Titre et auteurs. 2. Introduction. 3. Résultats de l indice de réfraction du verre de flint avec les 3 méthodes. 4. Interprétation des résultats. 33

34 34 4. Troisième et quatrième expériences Ces troisième et quatrième expériences sont soumises à une évaluation sommative (ce laboratoire représente 5% de la note finale). La grille de correction n est pas fournie. 4.1 Cibles d évaluation Les éléments évalués sont les mêmes que ceux ciblés lors des deux premiers laboratoires. 4.2 Protocoles Voici les protocoles des deux expériences. Vous avez une seule séance pour faire les deux expériences. A) Miroirs sphériques But: Déterminer le foyer des miroirs sphériques concave et convexe. 1) Miroir concave (longueur focale théorique = 20cm): Déterminer la valeur du foyer: a. En trouvant l'endroit où l'image coïncide avec l'objet. b. En plaçant l'objet à l'infini (le plus loin possible). c. En utilisant la formule des miroirs : mesurer la distance image q pour une distance objet p. 2) Miroir convexe ZZZ (longueur focale théorique = 25cm): Déterminer la valeur du foyer: En utilisant la formule des miroirs : mesurer la distance image q pour une distance objet p. 34

35 35 B) Lentilles minces Buts : i) Déterminer le foyer d une lentille convergente. ii) Et vérifier la formule des lentilles. 1) Trouver la distance focale f d'une lentille convergente P54134 (longueur focale théorique = 20cm) à l'aide des méthodes suivantes : a. En plaçant l objet à l infini. b. En déterminant l endroit pour lequel p = q. c. En utilisant la formule des lentilles minces en plaçant l objet à un endroit quelconque. 2) Vérifier la formule des lentilles minces dans les situations suivantes : a. Mettre une deuxième lentille convergente L 2 (3414 longueur focale théorique = 50cm), en série avec la lentille utilisée précédemment L 1 (P54134), à une distance de 20cm. Avec p 1 = 25cm trouver théoriquement l'emplacement de l'image finale qu on vérifie à l'aide du montage: L 1 L 2 p 1 b. Toujours en utilisant 2 lentilles, la première L 1 est une lentille convergente (P54134), et la seconde L 2 ( ) est une lentille divergente de longueur focale de 10cm. En séparant les lentilles de 20cm et en plaçant l objet à p 1 = 25cm de la première lentille, déterminer théoriquement l emplacement de l image finale. On vérifie à l aide du montage. 35

36 Pré laboratoire Noms : Groupe : Pour chacune des manipulations suivantes, faites le dessin du schéma et tracer minimalement deux rayons principaux pour déterminer l emplacement de l image. A) Miroirs sphériques Pour les manipulations suivantes : 1) Miroir concave : a. En trouvant l endroit où l image coïncide avec l objet : 2) Miroir convexe : 36

37 37 B) Lentilles minces Pour les manipulations suivantes : 1) Lentille convergente: c. En plaçant l objet à un endroit quelconque: 2) 2 lentilles b. En plaçant un objet devant une lentille convergente en série avec une lentille divergente : 37

38 38 Copie de l étudiant Pour chacune des manipulations suivantes, faites le dessin du schéma et tracer minimalement deux rayons principaux pour déterminer l emplacement de l image. A) Miroirs sphériques Pour les manipulations suivantes : 1) Miroir concave : a. En trouvant l endroit où l image coïncide avec l objet : 2) Miroir convexe : 38

39 39 B) Lentilles minces Pour les manipulations suivantes : 1) Lentille convergente: c. En plaçant l objet à un endroit quelconque: 2) 2 lentilles b. En plaçant un objet devant une lentille convergente en série avec une lentille divergente : 39

40 Durant l expérience Noms : Utiliser l espace ci-dessous pour produire vos tableaux des mesures : 40

41 41 Copie de l étudiant Utiliser l espace ci-dessous pour produire vos tableaux des mesures : 41

42 Diaporama Vous devez produire 1 diaporama pour l expérience #4 (les lentilles) seulement. Tous les thèmes doivent être sous forme de diapositives. Chaque diapositive est accompagnée d un texte explicite de l exposé oral en lien avec le diaporama. 42

43 5. Cinquième expérience Cette cinquième expérience n est pas soumise à une évaluation sommative. 5.1 Grille de correction Compétence ÉLÉMENT DE LA COMPÉTENCE : Vérifier expérimentalement quelques lois et principes Compétence Compétence nettement reliés aux ondes, à l optique et à la physique moderne. absente insuffisante insuffisante Pondération Éléments de contenu Pré laboratoire /81 Compétence minimale Compétence moyenne 1 a): patron pour une fente simple. 0 0,4 0,8 1,2 1,6 2 1 b): patron pour deux fentes. 0 0,4 0,8 1,2 1,6 2 /12 1 c): patron pour un réseau. 0 0,6 1,2 1,8 2,4 3 2) : équation appropriée pour un réseau. 0 0,4 0,8 1,2 1,6 2 3) : patron d interférence sur un plan. 0 0,6 1,2 1,8 2,4 3 Durant le laboratoire /7 L attitude de l équipe (maîtrise du protocole, initiative, participation active). 0 1,4 2,8 4,2 5,6 7 Diaporama et exposé Présentation générale : clarté, couleurs, structure, français, 0 1,2 2,4 3,6 4,8 6 Diapositive : Titre et auteurs : présentation adéquate. 0 0,6 1,2 1,8 2,4 3 Diapositive : Introduction : préalables explicites Diapositive : Introduction : objectif. 0 0,6 1,2 1,8 2,4 3 Diapositive : Méthodes : explications adéquates Diapositive : Observations et résultats : liens établis entre la théorie, les observations et les résultats. Diapositive : Interprétation des résultats : lien entre l effet de diminuer ou d augmenter : la largeur d une fente, la distance entre deux fentes et le pas du réseau. Compétence supérieure ,8 3,6 5,4 7,2 9 Exposé : Textes pertinents. 0 0,6 1,2 1,8 2,4 3 Exposé coéquipier : 37 Exposé coéquipier : 37 /100 0% 20% 40% 60% 80% 100%

44 5.2 Protocole Observations. But: Vérifier les théories de l'interférence et de la diffraction. Observations: 1) Observer les phénomènes de diffraction et d'interférence de la lumière d'une source lumineuse. Utiliser une fente simple, les fentes de Young et les réseaux. 2) Calculer le pas d'un réseau en mesurant la distance entre le maximum principal et le premier maximum d'interférence, et en mesurant la distance entre le réseau et l'écran. Montage: 1 ier max max central laser: λ = 632, 8nm réseau 1 ier max écran 3) Observer la figure d interférence produite par le générateur d ondes sur une surface d eau et par les patrons fixes.

45 Pré laboratoire Noms : Groupe : Pour chacune des observations : 1) Faites le dessin de ce qui devrait être observé, sur un écran (ou sur la rétine de l œil), lorsque les rayons lumineux blancs, d une source ponctuelle, traversent les montages suivants : a. Une fente simple : b. Deux fentes simples : c. Un réseau : 45

46 46 2) Écrire l équation qui permettra de calculer le pas du réseau et identifier chacun des symboles de cette équation : 3) Faites le dessin du patron d interférence projeté sur un plan entourant deux sources ponctuelles cohérentes (exemple : comportement des vagues sur un plan d eau) : 46

47 47 Copie de l étudiant Pour chacune des observations : 1) Faites le dessin de ce qui devrait être observé, sur un écran (ou sur la rétine de l œil), lorsque les rayons lumineux blancs, d une source ponctuelle, traversent les montages suivants : a. Une fente simple : b. Deux fentes simples : c. Un réseau : 47

48 48 2) Écrire l équation qui permettra de calculer le pas du réseau et identifier chacun des symboles de cette équation : 3) Faites le dessin du patron d interférence projeté sur un plan entourant deux sources ponctuelles cohérentes (exemple : comportement des vagues sur un plan d eau) : 48

49 Durant l expérience Ici, ce sont les attitudes qui seront notées. Le reste de la page vous permet de prendre en note vos observations. 49

50 Diaporama et exposé oral Tous les thèmes doivent être mis sous la forme de diapositives. De plus, les équipes qui le désirent prennent rendez-vous avec le professeur pour accompagner leur diaporama d un exposé oral de 15 minutes maximum. Les étudiants profiteront d une rétroaction afin de s améliorer pour la dernière expérience de laboratoire. A) Diaporama 1. Titres et auteurs. 2. Introduction. 3. Méthodes. 4. Observations et résultats. 5. Interprétation des résultats 6. Conclusion. 50

51 B) Exposé oral : Exemple de grille utilisée pour la correction Contenu Critères d évaluation Lacunes observées Points Équipe Présence de tous les éléments Exposé complet Présentation Introduction : Préalables Objectif Méthodes : Pas du réseau avec un laser Interférence des vagues sur un plan d eau Diffraction et interférence de la lumière blanche avec : fente, deux fentes et réseaux Observations et résultats : Figures et patrons des phénomènes observés Commentaires sur les observations Interprétation : Conforme ou non aux notions théoriques Minimiser les sources d erreur Conclusion : objectif atteint ou non Noms Nom : Nom : /10 Contenu Langue Matière Pertinence Richesse L organisation Plan Enchaînements Matériel d appoint Grammaire et vocabulaire Structure des phrases Langage scientifique Définition de la matière. Liaisons entre les notions. Maîtrise du contenu. Synthétisation efficace. Participation équitable. Plan clair et structuré. Transition entre les parties du discours. Utilisation du matériel d appoint. Discours concis et précis. Anglicismes. Niveau de langage. Vocabulaire varié et précis. Vulgarisation du contenu. Maîtrise du vocabulaire. /10 /5 Définition de la matière. Liaisons entre les notions. Maîtrise du contenu. Synthétisation efficace. Participation équitable. Plan clair et structuré. Transition entre les parties du discours. Utilisation du matériel d appoint. Discours concis et précis. Anglicismes. Niveau de langage. Vocabulaire varié et précis. Vulgarisation du contenu. Maîtrise du vocabulaire. /10 /5

52 52 Voix et tenue Questions Aspects vocaux Volume Débit Intonation Prononciation Aspects non verbaux Posture et gestes Contact visuel Attitude Éléments de réponse Compréhension Explications Volume de la voix. Débit du discours. Qualité de la voix. Prononciation adéquate. Contact avec l auditoire. Capter l attention de l auditoire. Attitude enthousiaste. Déplacements et gestes appropriés. Maîtrise des notions théoriques. Explications appropriées. Compréhension accessible pour l auditoire. /5 /7 Volume de la voix. Débit du discours. Qualité de la voix. Prononciation adéquate. Contact avec l auditoire. Capter l attention de l auditoire. Attitude enthousiaste. Déplacements et gestes inutiles. Maîtrise des notions théoriques. Explications appropriées. Compréhension accessible pour l auditoire. /5 /7 52

53 6. Sixième expérience Cette dernière expérience est soumise à une évaluation sommative (ce laboratoire représente 10% de la note finale). La grille de correction n est pas fournie. 6.1 Cibles d évaluation Les éléments évalués sont les mêmes que ceux ciblés durant toute la session. 6.2 Protocole Spectroscopie. But : Déterminer la valeur des longueurs d'onde des raies spectrales émises par différents atomes. Manipulations: 1. Ajuster la lunette d'observation du spectroscope afin de voir la fente, alignée avec l'axe vertical de la croix. Noter la déviation sur le cadran. 2. Calibrer le spectroscope à réseau à l'aide de la lumière au sodium (λ = 589,3nm). Déterminer le pas d du réseau à l'aide de la formule: d sin θ = m λ 3. Dessiner le spectre de la lampe à filament et prendre en note les déviations angulaires θ du centre des principales couleurs, du début et de la fin du spectre. 4. Mesurer les déviations angulaires θ des raies spectrales émises par: i) l'hydrogène ii) l'hélium iii) le mercure 5. Vérifier vos mesures à l'aide du spectroscope électronique. 6. Prendre en note les longueurs d onde théoriques des raies, fournies par la chartre.

54 Pré laboratoire Noms : Groupe : Il s agit ici d expliquer comment un gaz atomique chauffé émet des raies spectrales qui lui sont propres : 54

55 55 Copie de l étudiant Il s agit ici d expliquer comment un gaz atomique chauffé émet des raies spectrales qui lui sont propres : 55

56 Durant l expérience Noms : Utiliser l espace ci-dessous pour produire vos tableaux des mesures : 56

57 57 Copie de l étudiant Utiliser l espace ci-dessous pour produire vos tableaux des mesures : 57

58 Diaporama et exposé oral Tous les thèmes doivent être mis sous la forme de diapositives. De plus, les équipes doivent prendre rendez-vous avec le professeur pour accompagner leur diaporama d un exposé oral de 15 minutes maximum. 58

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