Teaching geometrical optics through experiments

Une approche exprimentale de loptique en licenceGal Latour, Marie Godard, Vincent GuilletUniversit Paris-Sud (Orsay)

ContexteUn module exprimental par semestre en L1 & L2 : Optique gomtrique (S1)Mcanique (S2)Ondes mcaniques (S3)Optique physique (S4)

L1 (parcours MPI et PCST) : 450 tudiants26 groupes, 6 salles de TP (2 salles de TP identiques), 20 enseignantsL2 (parcours P et PC) : 110 tudiants11 groupes, 4 salles de TP, 6 enseignants

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Objectifs de ces modules exprimentauxAcqurir des comptences exprimentales clairement identifiesSavoir mesurer et estimer des incertitudesRdiger un compte-rendu de TPAcqurir les bases de loptique gomtrique et dcouvrir loptique ondulatoire

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EvaluationContrle continuInterrogation(s), DMComptes-rendus de TPIndividuels en L1Examen de TP (1h)Bas sur les comptences exprimentales cibles pendant le semestreIndividuelPartie pratique value par lenseignantRdaction dun court compte-renduExamen crit (2h)6/07/2015 Enseigner la physique luniversit - UPMC ParisG. Latour4

Optique gomtriqueL1, 30h (2,5 ECTS)6/07/2015 Enseigner la physique luniversit - UPMC ParisG. Latour5septembreoctobrenovembredcembre123456789101112131415IntroTP1TD1TP2TD2TP3TD3TD4TP4TD5TP5TD6Exam TP

Cours-TPTDLois de Snell-Descartes, mesure de lindice de rfraction dun milieu par plusieurs mthodesMiroirs plans et sphriques, stigmatisme, trac de rayonsLentilles, trac de rayons, mesure de la distance focale, ralisation exprimentale dune imageDfauts de lil, association de lentillesSpectroscopie et couleursMise en place du module : C. Even, D. Beaufils, C. Balland

Lentilles, mesure de la distance focale (sance de TP n3)Dcouverte des diffrents type de lentilles et de la nature des images

Mesure de la distance focale dune lentille convergente par diffrentes mthodes : objet loignauto-collimationgraphique partir de la relation de conjugaison avec les incertitudes associes

Ralisation de limage dun fente6/07/2015 Enseigner la physique luniversit - UPMC ParisG. Latour6

Spectroscopie et couleurs(sance de TP n5)6/07/2015 Enseigner la physique luniversit - UPMC ParisG. Latour7

dispersionmontage optique avec le prisme au minimum de dviationspectre dmission dune lampe raiesspectre dabsorption par un filtrespectroscopie et couleur

utilisation dun spectromtre fibr

spectres dmission, dabsorption et de rflexionsynthse des couleurs

Utilisation des clickersSondage durant la 1re sanceprofils, temps de trajet, quelques questions de baseQuestionnaires en dbut de TD15 minutes, 6-8 questions sur des connaissances de cours 6/07/2015 Enseigner la physique luniversit - UPMC ParisG. Latour8

Depuis la rentre 2014 : 160 clickers la fac de sciencesfinancement IDEX Paris-Saclay

Optique physiqueL2, 25h (2,5 ECTS)6/07/2015 Enseigner la physique luniversit - UPMC ParisG. Latour9janvierfvriermarsavrilmai1234567891011121314151617C1TD1C2TD2C3TD3TD4Exam finalTP1TP2, 3 et 4Exam TP

TPTDCours

Interfrences

DiffractionCration du module 2014

Cours1 : introduction sur les ondes lectromagntiques (ondes, phase, chemin optique)TD1 : interfrences deux ondesCours2 : interfrences : configurations lame de verre et coin de verre, MichelsonTD2 : interfromtre de MichelsonTP1 : construction dun interfromtre de Michelson (4h)

Cours 3 : diffractionTD3 : diffraction, formule des rseauxTP2 : diffraction par une fente (largeur variable) et un trou (3h)mesure sur cran, influence de la largeur et de la distance, mesures des incertitudes, observation des figures avec une camra 2DTP3 : diffraction + interfrences (3h)fentes dYoung, rseau, voilage, motifs plus complexesTP4 : rseaux en lumire blanche, goniomtre (4h)TD4 : exercices au choix : travail en autonomie6/07/2015 Enseigner la physique luniversit - UPMC ParisG. Latour10

Construire un interfromtre de Michelson et mesurer lindice de lair6/07/2015 Enseigner la physique luniversit - UPMC ParisG. Latour11Projet exprimental de 4h(pas dnonc, ni de protocole)

Travail prparatoireschma optique + liste de matriel

En sanceIdentifier les lments optiquesPositionnement spatialAlignement optiqueObservation des figures dinterfrenceMesure du dfilement des franges avec une pompe videCalcul de lindice de rfraction de lair

Retours des tudiants positifsRetours des enseignants galementMise en place du travail en binmesMise en commun des questionnaire-clickersEnseignement adapt aux doctorants-enseignants interaction facile avec les tudiants, cours et TP sans difficults particulires, mise en place de binmes6/07/2015 Enseigner la physique luniversit - UPMC ParisG. Latour12

Identification et progression des comptences exprimentales sur les deux annes L1-L2Projet exprimental autour de la ralisation dinstruments doptiqueRalisation de comptes-rendus collaboratifs en ligneConclusionPerspectives

RemerciementsOptique gomtriqueC. Even, D. Beaufils, C. Balland, V. Guillet, M. Godard, E. Habart et tous les enseignants

Optique physiqueV. Guillet, M. Godard, Z. Djouadi, E. Beaudoin, M. Thvenet

ClickersV. Guillet, I. Demachy

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00.010.020.030.040.05-0.05-0.04-0.03-0.02-0.010 1/OA' (cm-1)1/OA (cm-1)Exercice 2.2Position de limage de lobjet AB ?A. gauche de CB.au niveau de CC.entre C et FD.au niveau de FE.entre F et SF. droite de SA.B.C.D.E.F.130123SCFABQuel phnomne est lorigine de la dcapitation de cet ours ?A.la rflexionB.la rfractionC.la rflexion et la rfractionD.je ne sais pasA.B.C.D.9966janvierfvriermarsavrilmai1234567891011121314151617C1TD1C2TD2C3TD3TD4Exam finalTP1TP2, 3 et 4ExamTP