Fonctionnement LASER

Pages: 8 (1802 mots) Publié le: 12 juin 2014
Thème : Énergie, matière et rayonnement
Type de ressources : séquence sur le Laser utilisant des ressources numériques.

Notions et contenus :
Transferts quantiques d’énergie
Émission et absorption quantiques.
Émission stimulée et amplification d’une onde lumineuse.
Oscillateur optique : principe du Laser.

Compétence travaillée ou évaluée :

Démarche scientifique
Formuler deshypothèses pertinentes
Confronter des hypothèses à des résultats expérimentaux

Usage des TIC
Recueillir des informations
Réaliser une simulation

Nature de l’activité :
Analyse et réflexion par le biais de ressources TICE 

Résumé (en 5 lignes au plus) :
A partir d’une vidéo expliquant le principe du Laser et décrivant ses applications on demande aux élèves d’extraire les informationssur le principe du Laser, de les décrire, de trouver les conditions de mise en œuvre de ces principes et de les vérifier en utilisant une simulation sur le Laser.
Mots clefs : Emission et absorption quantique ; Emission stimulée ; Oscillateur optique ; Laser ; Longueur d’onde 

Académie où a été produite la ressource : Toulouse





























LeLaser
Description séquence
Cette séquence sur les transferts quantiques d’énergie se compose de deux parties. Une première partie dans laquelle le Laser est introduit au moyen d’une vidéo. L’objectif de cette première partie est d’extraire les informations importantes sur le principe de fonctionnement du Laser et ses applications et de les structurer sous la forme d’une carte mentale.
Dans unedeuxième partie on propose d’étudier les principes physiques de base du Laser à partir d’une simulation.
Exemple de déroulé de la séquence :
1. Extraire des informations sur le Laser :
Passage de la vidéo, échanges entre élèves puis structuration. A cette occasion on peut commencer l’élaboration d’une carte mentale commune qui servira de support à l’activité expérimentale suivante.
Cette vidéodoit pouvoir faire émerger les points suivants :
Acronyme du Laser
Dualité onde particule pour la lumière
Lumière concentrée et ordonnée
Émission spontanée et émission stimulée
Nécessité d’un apport extérieur d’énergie (pompage)
Réalisation d’un oscillateur optique entre deux miroirs
Types de Laser (nature du support amplificateur ou mode de fonctionnement continu ou impulsionnel) etapplications (mesures de distances, mesures de pollution, découpe Laser, chirurgie Laser, temps atomique, transmission de l’information … )

2. Décrire et comprendre les principes physiques du Laser :
Dans cette partie on utilise la simulation de Phet sur le Laser.
Nous avons choisi de procéder en deux parties et de n’introduire le troisième niveau d’énergie ou les miroirs que dans la partie 2intitulée « comment fonctionne un Laser », avec plusieurs atomes ce qui correspond mieux au Laser réel. On pourra trouver diverses propositions pédagogiques pour l’utilisation de cette simulation dans les références externes ci-dessous.
Remarque :
Dans la simulation on peut utiliser un mode pas à pas en cliquant sur le bouton pause puis en utilisant le bouton pas.

Comment un atome peut-il émettre unrayonnement ?

Questionnement :
On peut demander aux élèves d’émettre des hypothèses sur les conditions pour lesquelles on obtient pour l’atome un phénomène d’absorption, d’émission ou d’émission stimulée. Ils vérifieront avec la simulation leurs hypothèses et pourront schématiser ces trois transitions.

Dans le cas de la compétition émission spontanée et stimulée on pourra demander quelssont les paramètres qui vont favoriser une émission ou l’autre.

Paramètres de l’animation imposés aux élèves :
Dans cette partie on demande aux élèves de ne travailler qu’avec deux niveaux d’énergie et de ne pas activer les miroirs.
Paramètres modifiables par les élèves :
L’élève peut modifier quatre paramètres :
Le flux de photons incidents
La longueur d’onde des photons
La durée de...
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