Cinématique et optique géométrique

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1 Cinématique et optique géométrique PHY Activité notée 4 Date de remise :... Identification Nom :... Adresse : Tél :... Courriel :... Note :... /100

2 PHY CINÉMATIQUE ET OPTIQUE GÉOMÉTRIQUE Cette activité notée a été produite par la Société de formation à distance des commissions scolaires du Québec (SOFAD). Équipe de production Chargé de projets : Rédaction : Illustration : Révision de contenu : Révision linguistique : Maquette graphique, mise en page et infographie : Lecture d épreuves : Alain Pednault (SOFAD) Judith Sévigny Marc Tellier Interscience Johanne St-Martin Daniel Rémy (I. D. Graphique inc.) Johanne St-Martin Nonobstant l énoncé suivant, la SOFAD autorise tout centre d éducation aux adultes qui utilise le guide d apprentissage correspondant à reproduire cette activité notée. SOFAD, 2014 Tous droits de traduction et d adaptation, en totalité ou en partie, réservés pour tous pays. Toute reproduction, par procédé mécanique ou électronique, y compris la microreproduction, est interdite sans l autorisation écrite d un représentant dûment autorisé de la SOFAD. SOFAD

3 ACTIVITÉ NOTÉE 4 La plupart des établissements de formation exigent que vous obteniez une moyenne de 60 % et plus aux activités notées pour vous autoriser à vous présenter à l épreuve officielle. L activité notée 4 porte sur la séquence d apprentissage 7 du guide Cinématique et optique géométrique. Dès qu elle sera terminée, faites-la parvenir à votre formateur ou à votre formatrice avec les documents d accompagnement, s il y a lieu. SOFAD 3

4 PHY CINÉMATIQUE ET OPTIQUE GÉOMÉTRIQUE Directives Remplissez la partie «Identification». Lisez bien l énoncé des questions avant d y répondre. Inscrivez vos réponses dans les espaces prévus à cette fin, en donnant des solutions complètes, s il y a lieu. Une pondération est indiquée à la droite des diverses sections de l activité notée. Vous pouvez utiliser la calculatrice pour réaliser cette activité notée. 4 SOFAD

5 ACTIVITÉ NOTÉE 4 Activité notée 4 /100 points Moment de la remise Après la séquence d apprentissage 7. Concepts abordés Images : types d images (réelle, virtuelle), caractéristiques de l image (grandissement, position). Techniques Utilisation sécuritaire du matériel de laboratoire; vérification de la fidélité, de la justesse et de la sensibilité des instruments de mesure; utilisation d instruments d observation; interprétation des résultats de la mesure (chiffres significatifs, erreurs liées aux mesures). La conception d un macro-objectif, 2 e partie Introduction But Déterminer la longueur focale d une lentille convergente et d une lentille divergente. À l activité 7.3 du guide d apprentissage, vous avez conçu un macro-objectif formé de deux lentilles en tenant compte de certaines spécifications. Après la conception sur papier de tout instrument d optique, il convient de le mettre à l épreuve en laboratoire. Votre tâche Vous devrez adapter l instrument d optique conçu à l activité 7.3 aux lentilles fournies et déterminer les caractéristiques de l image obtenue. Prévoyez environ 180 minutes pour la réalisation de l activité expérimentale. Vous aurez besoin d une grande surface de travail plane dans une pièce où vous pourrez travailler dans la pénombre (et non dans l obscurité complète). SOFAD 5

6 PHY CINÉMATIQUE ET OPTIQUE GÉOMÉTRIQUE 1. Avant de poursuivre, reproduisez ci-dessous le macro-objectif que vous avez conçu à l activité 7.3 du guide d apprentissage. Travail préparatoire Le travail préparatoire qui suit vous permettra de rédiger le protocole de l expérience. Dans la présente activité expérimentale, vous mesurerez la longueur focale des lentilles fournies dans la trousse expérimentale. Vous vous assurerez ainsi qu elles correspondent bien aux valeurs annoncées par le fabriquant de ce matériel d optique. Pour ce faire, vous déterminerez la position de l image donnée par la lentille convergente en fonction de la position d un objet placé devant la lentille. Il sera ensuite possible de calculer la longueur focale de la lentille à l aide d une formule des lentilles minces. Pour déterminer la longueur focale de la lentille divergente, il faudra la placer dans un système optique convergent formé de deux lentilles, semblable au macro-objectif conçu à l activité À quelle(s) condition(s) pourrez-vous mettre en œuvre la méthode de mesure prévue pour la lentille convergente? 3. À quelle(s) condition(s) le système formé d une lentille divergente et d une lentille convergente sera-t-il convergent? 6 SOFAD

7 ACTIVITÉ NOTÉE 4 4. Prenez les deux lentilles fournies dans la trousse expérimentale. Pouvez-vous dire laquelle est convergente et laquelle est divergente seulement en les observant? Expliquez. 5. À partir de ce qui est fourni dans la trousse expérimentale et du matériel utilisé dans les activités expérimentales précédentes, dressez la liste du matériel nécessaire à l endroit prévu à cette fin dans le protocole de l expérience. S il y a du matériel à fabriquer, faites-le maintenant. 6. Est-ce que ce matériel nécessite des précautions particulières en matière de sécurité? Si oui, lesquelles? 7. Tracez, dans l encadré prévu à cette fin, le schéma du montage expérimental. Tenez compte des modifications à apporter au montage pour mesurer la longueur focale de la lentille divergente. 8. Comment pourrez-vous vous assurer de la fidélité de votre montage expérimental? 9. Dans l espace prévu à cette fin, rédigez les consignes de manipulation permettant l atteinte du but de l expérience. Décrivez d abord comment préparer le montage, puis la prise de mesure. Incertitudes 10. Repérez les différentes sources d erreurs pour les variables indépendante et dépendante dans l expérience, de même que pour les paramètres fixes, et déterminez l incertitude totale absolue sur chacune d elles. a) Variable indépendante : SOFAD 7

8 PHY CINÉMATIQUE ET OPTIQUE GÉOMÉTRIQUE b) Variable dépendante : c) Paramètres fixes : Préparation des tableaux de résultats 11. Dans la section «Résultats» du protocole, construisez les tableaux de résultats dans lesquels vous noterez toutes les mesures que vous ferez lors de la réalisation de l expérience. Analyse des résultats 12. Décrivez comment vous procéderez à l analyse des résultats pour déterminer la longueur focale de chacune des lentilles. Formulation d une hypothèse 13. Formulez une hypothèse quant aux résultats de l expérience. Pour ce faire, référez-vous au but de l activité expérimentale. 8 SOFAD

9 ACTIVITÉ NOTÉE 4 Protocole de l expérience Matériel nécessaire Fourni avec la trousse À fournir Schéma du montage SOFAD 9

10 PHY CINÉMATIQUE ET OPTIQUE GÉOMÉTRIQUE Manipulations Préparation du montage Prise de mesures 10 SOFAD

11 ACTIVITÉ NOTÉE 4 SOFAD 11

12 PHY CINÉMATIQUE ET OPTIQUE GÉOMÉTRIQUE Résultats 12 SOFAD

13 ACTIVITÉ NOTÉE 4 Traitement de l information Analyse des résultats 14. Procédez à l analyse des résultats de l expérience pour la lentille convergente telle que vous l avez décrite à la question 12 du travail préparatoire. Utilisez l espace ci-dessous pour construire un tableau regroupant les résultats de vos calculs. Calculs : SOFAD 13

14 PHY CINÉMATIQUE ET OPTIQUE GÉOMÉTRIQUE 15. Procédez à l analyse des résultats de l expérience pour la lentille divergente telle que vous l avez décrite à la question 12 du travail préparatoire. Utilisez l espace ci-dessous pour construire un tableau regroupant les résultats de vos calculs. Calculs : 14 SOFAD

15 ACTIVITÉ NOTÉE 4 Discussion 16. Rédigez la discussion des résultats de l expérience. Conclusion 17. Rédigez une courte conclusion. SOFAD 15

16 PHY CINÉMATIQUE ET OPTIQUE GÉOMÉTRIQUE Retour sur la tâche Votre tâche Vous devrez adapter l instrument d optique conçu à l activité 7.3 aux lentilles fournies et déterminer les caractéristiques de l image obtenue. Puisque les lentilles qui vous sont fournies ne correspondent pas exactement aux longueurs focales dont vous vous étiez servi dans la conception du macro-objectif, vous devrez modifier votre concept pour en tenir compte. Les contraintes imposées au départ étaient les suivantes : L objectif doit être formé de deux lentilles. La distance entre la première lentille, fixe, et le capteur numérique doit être de 40 cm. La deuxième lentille est mobile afin de rendre possible la mise au point. De plus, on vous a demandé d utiliser le test de la pièce d un cent pour valider, par des calculs, votre concept. En plaçant une pièce d un cent (ou un autre objet dont le diamètre est de 19 mm) à 4,3 cm devant l objectif, son image devait couvrir complètement le capteur numérique tout en étant enregistrée en son entier. Le capteur utilisé a des dimensions de 16 mm sur 24 mm. 18. Reprenez votre concept initial, en y remplaçant les longueurs focales des lentilles par celles que vous avez mesurées dans l activité expérimentale. Vérifiez si le macro-objectif conçu rencontre toujours les spécifications demandées en reproduisant le test de la pièce d un cent. Vous ne devez pas reproduire ce test expérimentalement. Référez-vous à la question 1 de l activité expérimentale. 16 SOFAD

17 ACTIVITÉ NOTÉE Quel(s) paramètre(s) du macro-objectif modifierez-vous afin de pouvoir à nouveau reproduire le test de la pièce d'un cent? Les seuls paramètres ne pouvant pas être modifiés sont les dimensions de la pièce d un cent et celles du capteur, de même que les longueurs focales des lentilles. SOFAD 17

18 PHY CINÉMATIQUE ET OPTIQUE GÉOMÉTRIQUE 20. Effectuez les calculs ou les tracés nécessaires pour déterminer les nouveaux paramètres du macroobjectif afin de reproduire le test de la pièce d un cent. 18 SOFAD

19 ACTIVITÉ NOTÉE 4 Grille d évaluation des compétences : La conception d un macro-objectif, 2 e partie Qu est-ce qu une compétence? Une compétence est définie comme un savoir-agir fondé sur l utilisation et la mobilisation d un ensemble de ressources permettant de faire face à une situation d une certaine complexité. Dans le cadre de l activité «La conception d un macro-objectif, 2 e partie», les deux compétences suivantes ont été mobilisées : «Chercher des réponses ou des solutions à des problèmes relevant de la physique» et «Communiquer sur des questions de physique à l aide des langages utilisés en science et en technologie». La grille suivante sera utilisée par votre enseignant ou votre tuteur pour évaluer votre rendement dans la réalisation de l activité. Pour chaque critère d évaluation, il sélectionnera les énoncés décrivant le mieux votre situation en cochant les pointages correspondants. Critère d évaluation : Représentation adéquate de la situation Échelle d appréciation Excellent Très bien Bien Faible Très faible Note 1. Affiche une compréhension adéquate de la situation en formulant une hypothèse très valable. Affiche une compréhension acceptable de la situation en formulant une hypothèse assez valable. Affiche une certaine compréhension de la situation en formulant une hypothèse moyennement valable. Affiche une compréhension incomplète de la situation en formulant une hypothèse peu valable. Affiche une compréhension pauvre de la situation en formulant une hypothèse très peu valable points 7-8 points 5-6 points 3-4 points 1-2 points /10 SOFAD 19

20 PHY CINÉMATIQUE ET OPTIQUE GÉOMÉTRIQUE Critère d'évaluation : Élaboration d un plan d action pertinent Échelle d appréciation Excellent Très bien Bien Faible Très faible Note 2. Propose un protocole expérimental adéquat en choisissant un matériel très approprié. Propose un protocole expérimental acceptable en choisissant un matériel assez approprié. Propose un protocole expérimental correct en choisissant un matériel moyennement approprié. Propose un protocole expérimental incomplet en choisissant un matériel peu approprié. Propose un protocole expérimental inadéquat en choisissant un matériel très peu approprié points points 7-9 points 4-6 points 1-3 points /15 Critère d évaluation : Mise en œuvre adéquate du plan d action Échelle d appréciation Excellent Très bien Bien Faible Très faible Note 3. Semble démontrer une excellente mise en œuvre par une analyse des résultats très complète. Semble démontrer une très bonne mise en œuvre par une analyse des résultats assez complète. Semble démontrer une assez bonne mise en œuvre par une analyse des résultats sommaire. Semble démontrer une faible mise en œuvre par une analyse des résultats incomplète. Semble démontrer une très faible mise en œuvre par une analyse des résultats très incomplète points points points 6-10 points 1-5 points /25 20 SOFAD

21 ACTIVITÉ NOTÉE 4 Critère d'évaluation : Élaboration d explications, de solutions ou de conclusions pertinentes Échelle d appréciation Excellent Très bien Bien Faible Très faible Note 4. Présente très clairement des explications, notamment dans la discussion et la conclusion. Présente assez clairement des explications, notamment dans la discussion et la conclusion. Présente avec un léger manque de clarté des explications, notamment dans la discussion et la conclusion. Présente avec un manque de clarté des explications, notamment dans la discussion et la conclusion. Présente d une façon confuse des explications, notamment dans la discussion et la conclusion points points 9-12 points 5-8 points 1-4 points /20 5. Propose des réponses ou des solutions adéquates pour améliorer le concept initial de l instrument d optique. Propose des réponses ou des solutions acceptables pour améliorer le concept initial de l instrument d optique. Propose des réponses ou des solutions correctes pour améliorer le concept initial de l instrument d optique. Propose des réponses ou des solutions incomplètes pour améliorer le concept initial de l instrument d optique. Propose des réponses ou des solutions très incomplètes pour améliorer le concept initial de l instrument d optique points points 9-12 points 5-8 points 1-4 points /20 6. Respecte rigoureusement la terminologie, les règles et les conventions scientifiques lors de schématisations, de calculs, d explications ou de justifications. Respecte généralement la terminologie, les règles et les conventions scientifiques lors de schématisations, de calculs, d explications ou de justifications. Respecte sommairement la terminologie, les règles et les conventions scientifiques lors de schématisations, de calculs, d explications ou de justifications. Respecte peu la terminologie, les règles et les conventions scientifiques lors de schématisations, de calculs, d explications ou de justifications. Respecte très peu la terminologie, les règles et les conventions scientifiques lors de schématisations, de calculs, d explications ou de justifications points 7-8 points 6-6 points 3-4 points 1-2 points /10 La note 0 est attribuée lorsque le rendement de l apprenant ne correspond en rien aux énoncés inscrits dans la grille. Résultat : /100 points SOFAD 21

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24 PHY CINÉMATIQUE ET OPTIQUE GÉOMÉTRIQUE Questions ou commentaires de l apprenant ou de l apprenante Remarques du formateur ou de la formatrice Septembre 2014

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