ENSEIGNER
samedi 18 novembre 2017
icar Vesion anglaise

THEME: Optique 1S
  -  Première (Première (prog. 2011))  -  Physique

Activité 1: L'image par un miroir plan

 

Expérience

Cette expérience doit être réalisée individuellement de façon à ce que chacun d’entre vous dispose d’un relevé.

Matériel :

-         miroir plan maintenu vertical grâce à un support et une pince ;

-         épingle et goulotte. L’épingle jouera le rôle d’objet ponctuel et la goulotte permettra d’effectuer des visées ;

-         feuille de papier millimétré fixée sur une planche (côté liège). Sur cette feuille, vous allez tracer la marche de la lumière.

 

Montage

Réalisez le dispositif schématisé ci-contre. Repérez la position du miroir par un trait et veillez à ne plus le déplacer.

Plantez l’épingle devant le miroir. Où situez-vous son image par le miroir ?

 

 

Support

Miroir

Papier millimétré

épingle

Goulotte

Manipulation

En visant à travers la goulotte posée sur la feuille, repérez très soigneusement trois positions de cette goulotte permettant d’observer l’épingle par le miroir. Contentez vous dans un premier temps de repérer les positions de la goulotte par deux points éloignés en numérotant les couples de points. Cela vous évitera de déplacer accidentellement le miroir. Une fois le relevé de ces points terminé, tracez les directions correspondantes.

(Avant de remettre en place le matériel, observez par réflexion sur le miroir l’objet constitué de deux vecteurs orthogonaux).

Interprétation des relevés

Pour interpréter vos relevés :

- référez vous à l’alinéa 6 du texte du modèle introduit dans la partie 1 Connaissances de départ (notre cerveau est habitué à interpréter les sensations lumineuses conformément au principe de propagation rectiligne de la lumière) ;

- adaptez au miroir plan ce que vous avez appris concernant l’image qu’une lentille convergente forme d’un point ou d’un objet.

Votre interprétation consiste à :

-         tracer la marche de la lumière issue de l’objet de façon à rendre compte de la formation de l’image par le miroir plan et à situer l’image ;

-         à proposer une méthode permettant de tracer un rayon réfléchi à partir du rayon incident.

La façon dont vous avez localisé l’image sur votre schéma rend-elle bien compte de la façon dont vous la localisez sur le montage expérimental ?


But: L'image par un miroir plan

Cette activité a pour but de rendre compte de la formation des images par un miroir plan et d’énoncer la loi de Descartes relative à la réflexion.

Nous avons préféré interpréter la formation des images par les lentilles (partie 3) avant d’étudier celle les miroirs plans. Cela évite de commencer par une situation pour laquelle l’image est virtuelle, difficile à comprendre pour les élèves. D’autre part, c’est en interprétant pourquoi ce que l’on voit sur un écran peut être net ou flou que l’on permet aux élèves de plus facilement comprendre la formation d’une image. C’est possible avec les lentilles, beaucoup moins avec un miroir car ce que l’on voit est toujours net car généralement virtuel.

Préparation: L'image par un miroir plan

Matériel

Chaque binôme dispose du matériel suivant :

-         un miroir plan rectangle d’une dizaine de cm de côté (maximum) tenu vertical par une pince et un support. il est préférable que le miroir soit nu (un cadre est gênant pour notre expérience)  ;

-         une planche (ou un carton) sur laquelle est posée une feuille de papier millimétré, le tout au format A4 ;

-         une épingle à tête colorée (s’assurer qu’elle va rentrer dans la planche presque complètement) ;

-         un dos de reliure (goulotte) préférable à une paille peu pratique.

Expérience

Les élèves doivent localiser précisément l’image de la tête d’épingle plantée dans la planche, devant le miroir. Pour cela, il procède par visée en regardant par la goulotte posée sur la feuille. Ils repèrent le plus précisément possible trois positions de la goulotte leur permettant d’observer la tête de l’épingle par le miroir. Celui-ci doit être posé le long d’une ligne du papier millimétré.

Déroulement

Le professeur demande aux élèves de localiser l’image de l’épingle. Il doit veiller à ce que les élèves tracent tous les rayons, y compris les rayons incidents. Cela permettra de vérifier les lois de la réflexion sur le miroir. Il faut veiller également à ce qu’ils tracent au préalable le trait (coïncidant avec un trait du papier millimétré) sur lequel ils mettront le miroir. Le papier millimétré doit faciliter l’exploitation des résultats, en particulier l’examen de la symétrie axiale de l’image et de l’objet. Chaque élève doit disposer de son relevé personnel.

Le professeur fait noter aux élèves la symétrie axiale entre l’objet et son image dans le miroir. Le papier calque avec les deux vecteurs orthogonaux utilisés dans l’activité 4 convient bien. Faire remarquer la différence l’image renversée dans le cas des lentilles minces.

Prévoir de nombreux exercices. Nous précisons que le miroir sphérique sera étudié en enseignement de spécialité.

Comportement des élèves: L'image par un miroir plan

On retrouve dans cette situation la difficulté qu’ont les élèves avec les rayons et les images virtuels. Il faut être très exigeant pour le relevé des directions des rayons. Les plus soigneux obtiennent bien trois rayons passant par le symétrique de l’objet par rapport au miroir. Il est nécessaire d’indiquer tous les moyens de faire des relevés précis (au besoin de réduire la longueur de la goulotte de façon à pouvoir repérer ses extrémités sur la feuille, la placer de façon à ce que l’image de l’épingle par le miroir soit vue au centre, ne pas déplacer le miroir accidentellement….).