Séquence pédagogique
Objectifs et contenu
Le cours 203-1A5-FX (Optique géométrique) vise à l'acquisition de la compétence 00C5, qui est d'«établir des liens entre des principes d'optique et l'utilisation de lentilles ophtalmiques». Le segment de cours qui fait l'objet de la présente page web est d'une durée de trois heures. Les objectifs qui s'y rattachent peuvent être résumés ainsi:
Permettre à l'étudiant de se familiariser avec le vocabulaire spécifique au prisme (Angle du prisme, dioptres, base du prisme, etc. ). Initier les étudiants au concept de déviation d'un prisme. Présenter aux étudiants les conditions qui permettent aux rayons incidents d'un prisme d'en émerger. Optique géométrique prise en main. Étudier avec les étudiants l'impact d'une variation de l'angle du prisme, de l'angle d'incidence ou de l'indice de réfraction sur la déviation. Analyser avec les étudiants les simplifications associées au cas où l'angle d'incidence et l'angle du prisme sont faibles. Stratégies en étapes de déroulement
V oici un aperçu du déroulement de ces trois heures de cours:
L'amorce
Celle-ci est constituée d'un bref rappel des éléments essentiels des trois chapitres qui précèdent celui sur les prismes dans le livre de référence utilisé, qui portent sur la réfraction, les dioptres plans et les lames à faces parallèles.
Optique Géométrique Prime Minister
Je rappelle l'expression analogue qui avait été obtenue sans faire d'approximation pour faire réaliser aux étudiants que cette dernière était beaucoup plus complexe que celle qui vient d'être développée. Synthèse
Je questionne les étudiants à savoir quelles sont les trois équations les plus importantes qui ont été vues durant ce cours. Je leur demande de me citer les trois conditions d'émergence d'un prisme. Optique géométrique ( Le prisme ) - Science. Présentaton du devoir
Suite à ce cours, les étudiants doivent effectuer la tâche faisant appel aux TIC, qui est décrite plus en détail ici. Modes et moments d'évaluation
L'ensemble du contenu de ce cours est évalué formativement par le biais de l'activité qui est présentée à la fin du cours. Celle-ci se veut un travail de préparation en vue du prochain examen sommatif, comptant pour 25% de la note finale. Cet examen porte sur six chapitres alors que la période décrite sur ce site traite d'un seul de ceux-ci. Il est donc réaliste de présenter six problèmes à développement aux étudiants lors de cet examen, dont un qui fait appel à ce qui vient d'être décrit.
Optique Géométrique Prise En Main
Je fais remarquer aux élèves que chacun des éléments essentiels de ces chapitres est réutilisé dans le chapitre qui suit et que celui sur les prismes vient donc couronner cette série. Prisme optique géométrique. L'utilité de l'étude des prismes est explicitée en mentionnant que dans leur profession d'opticien, les étudiants auront assurément à corriger la vue de patients souffrant de strabisme, ce qui nécessitera l'utilisation de prismes, dont l'effet est de dévier des rayons et donc de les ramener sur l'axe de l'oeil malade. J'illustre cet effet sur les rayons à l'aide d'une démonstration avec un laser monochromatique et un prisme d'acrylique. Introduction au concept de déviation
À partir du schéma de la diapositive #3 de la présentation PowerPoint (voir la section sur l'artefact numérique), la relation entre l'angle d'arrête (A) d'un prisme et ses angles intérieurs (i 2 et i 1 ')) est d'abord montrée par une courte démonstration géométrique. Une paire d'acétates superposées et un rapporteur d'angles permettent de visualiser une étape de cette partie.
Optique Géométrique Prise De Sang
Un prisme est constitué par deux dioptres formant un dièdre. L'angle du dièdre A est l'angle du prisme. L'arête du dièdre est l'arête du prisme. En général le prisme est fermé par un plan opposé à l'arête qui constitue sa base. Un plan normal est un plan de section principale. On suppose que le prisme est placé dans l'air, que son indice est N > 1 et que la lumière utilisée est monochromatique. Optique géométrique prise de poids. On se place dans un plan de section principale. Un rayon incident arrive sur le dioptre d'entrée en J avec une incidence i1. Avec nos hypothèses, le rayon pénètre dans le prisme et se réfracte avec une émergence r1. Il arrive en K sur le dioptre de sortie avec une incidence r2. JK est dans le plan de section principale. Si r2 est supérieur à l'angle de réfraction limite, il y a réflexion totale sur cette face et il n'y a pas de rayon émergeant. Si r2 est inférieur à cet angle, il existe un rayon émergeant faisant l'angle i2 avec la normale au dioptre en K et contenu dans le plan de section principale.
Optique Géométrique Prise En Charge
Nous avons
la somme:
(39. 107)
Maintenant que la situation est posée passons la partie optique... Nous avons quatre relations fondamentales démontrer pour le
prisme. D'abord, nous avons au point d'incidence I et I '
la loi de Descartes qui nous permet d'écrire:
(39. 108)
Comme l'indice de réfraction de l'air est de 1 alors nous avons
simplement en I:
(39. 109)
Dans la mme idée en I ' nous avons:
(39. 110)
Donc:
(39. 111)
Nous avons aussi la relation:
(39. 112)
Soit:
(39. 113)
L'angle de déviation D est facile déterminer. Il suffit
de prendre le quadrilatère central:
(39. Séquence pédagogique - Le prisme en optique géométrique. 114)
(39. 115)
Nous avons donc les 4 relations fondamentales du prisme:
(39. 116)
Connaissant i et i ' et l'indice de réfraction m nous
pouvons alors déterminer tous les paramètres. L'idéal serait encore de pouvoir se débarrasser de la connaissance
expérimentale de i '. Nous avons donc:
(39. 117)
Or:
(39. 118)
Ainsi il vient:
(39. 119)
(39. 120)
Puisqu'il est avéré que l'indice m d'un milieu varie avec
la longueur d'onde on comprend aisément que le prisme est capable
de disperser la lumière blanche.
Optique Geometrique Le Prisme
Prisme d'Amici
C'est un prisme droit de section rectangle isocèle (45°, 90°, 45°) qui est utilisé comme redresseur
d'image. On éclaire le prisme normalement à une face non hypoténuse. Il y a réflexion totale sur la face hypoténuse et on récupère une image à 90° de la direction du faisceau objet. Prisme de Dove
C'est aussi un prisme droit de section rectangle isocèle (45°, 90°, 45°) mais dont le sommet est tronqué. On éclaire le prisme parallèlement à sa base dont sous une incidence de 45°. Il y a réfraction sur la face d'entrée puis réflexion totale sur la face hypoténuse et réfraction sur la face de sortie. Optique géométrique prise de sang. Le rayon émergent est parallèle au rayon incident. Le système comportant une réflexion, l'image de sortie est
inversée. Le haut devient le bas ou la droite devient la gauche. Prismes de Porro
Pour redresser l'image d'un objet donnée par un objectif, le système le plus simple est d'utiliser des prismes à réflexion totale. Le véhicule de Porro est constitué de deux prismes droits dont la section est un rectangle isocèle et dont les arêtes sont perpendiculaires.
Le rayon frappe ensuite la face BCIF aluminisée avec une incidence de 22, 5°. Le rayon réfléchi arrive sur la face AEGD sous incidence normale et pénètre cette fois dans le second prisme. Il y a réflexion sur la face NGDLJ (incidence 45°) puis sur les faces du toit (incidence 49, 2°) puis sur AEGD (incidence 45°). Finalement le rayon émerge parallèlement au rayon incident. Un rayon horizontal ressort horizontal après six réflexions. On peut remarquer que les deux réflexions sur les faces du toit sont équivalentes à une réflexion sur un miroir vertical.
Descriptif
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