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UAA2 : La lumière nous permet d’observer Compétence à développer : Sur base d’une démarche d’investigation, déterminer les conditions de visibilité d’un objet. Source : www. the...

UAA2 : La lumière nous permet d’observer Compétence à développer : Sur base d’une démarche d’investigation, déterminer les conditions de visibilité d’un objet. Source : www. theos.fr « La lumière, c’est ce qu’on voit même quand il fait noir. » Lucien Dubois 1 UAA2 : La lumière nous permet d’observer Trame notionnelle D’où vient-on ? Notions à voir Où va-t-on ? Source de lumière et objet UAA1 : les mouvements éclairé. UAA7 de la Terre permettent  Propriétés des d’expliquer les saisons et Propagation rectiligne de la lumière. lentilles l’alternance jour/nuit.  Mécanisme de la Corps transparent, corps vision translucide et corps opaque. Ombre propre, ombre portée, cône d’ombre. Décomposition de la lumière blanche. Synthèse soustractive des couleurs :  Filtres colorés  Couleur apparente d’un objet Objectifs Au terme de la l’UAA, l’élève sera capable de : - Différencier une source de lumière d’un objet éclairé (C1). - Décrire les conditions de visibilité d’un objet (C2). - Suivre un mode opératoire permettant de vérifier la propagation rectiligne de la lumière (A1). - Schématiser la propagation rectiligne de la lumière à l’aide du rayon lumineux (C4). - Identifier par construction géométrique les zones d’ombre propre, d’ombre portée et de cône d’ombre produits par un objet éclairé à l’aide d’une source lumineuse ponctuelle (A2). - À partir d’un texte simple ou d’un dispositif expérimental, expliquer les phases de la Lune (T1). - Suivre un mode opératoire pour décomposer une lumière blanche (A3). - Schématiser l’effet d’un ou plusieurs filtres colorés sur la lumière blanche (C5). - Utiliser un dispositif pour produire une lumière colorée à partir de couleurs primaires (rouge, vert et bleue) (A5). - Prévoir et justifier la couleur sous laquelle on perçoit un objet éclairé par une lumière (rouge, verte et bleue) (A5). 2 UAA2 : La lumière nous permet d’observer  1. Introduction Voici deux exemples de phénomènes lumineux, essaie de leur trouver une explication. Par groupe de deux, émet une ou plusieurs hypothèses pouvant expliquer ces phénomènes. Les hypothèses et les explications doivent être distinctes pour chaque exemple. Les hypothèses de l’ensemble des groupes seront ensuite remises en commun. Afin de vérifier les hypothèses, de la documentation sera mise à disposition pour chaque groupe. Une explication commune à chaque phénomène sera faite et mise en commun. L’arc-en-ciel : Source : www.maxisciences.com Les phases lunaires : Source : sciences-physiques.ac-dijon.fr 3 UAA2 : La lumière nous permet d’observer Hypothèses :  L’arc-en-ciel : ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………  Les phases lunaires : ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… Explications des phénomènes :  L’arc-en-ciel : ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………  Les phases lunaires : ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… 4 UAA2 : La lumière nous permet d’observer  2. Éclairé ou être éclairé ? Nous avons vu dans l’introduction que le point commun entre les deux phénomènes proposés, l’arc-en-ciel et les phases de la Lune, est ……………………………………. Par contre est-ce que la lumière intervient de la même manière dans l’arc-en-ciel et les phases lunaires ? ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………........ 2.1. La source de lumière Nous allons nous concentrer tout d’abord sur l’observation de la Lune. Pour essayer de comprendre comment nous arrivons à voir la Lune dans le noir, nous allons répondre aux questions suivantes :  Peux-tu regarder le Soleil directement sans te protéger les yeux ? …………………………………………………………………………………………………  Peux-tu regarder la Lune directement sans te protéger les yeux ? …………………………………………………………………………………………………  Le Soleil et la Lune brillent tous les deux, quelle est donc la différence entre ces deux astres ? …………………………………………………………………………………………………  Pour ces deux astres, lequel qualifierais-tu de source lumineuse primaire et de source lumineuse secondaire ? Et pourquoi ? ………………………………………………………………………………………………… 5 UAA2 : La lumière nous permet d’observer  2.2. L’éclipse Pour approfondir certaines notions, nous allons réaliser une éclipse ! a. Matériel : - Une bougie jouant le rôle du Soleil - Un objet jouant le rôle de la Lune - Un écran jouant le rôle de la Terre - Une paire de ciseau / un compas b. Mode opératoire : 1) Placer la bougie, l’objet et l’écran dans le même plan ; l’objet étant placer entre la bougie et l’écran 2) Observer ce qu’il se produit sur l’écran 3) Marquer les différentes zones sur l’écran à l’aide d’un crayon/d’un stylo 4) Faire un trou dans l’écran aux différentes zones repérées 5) Observer à travers les trous effectués (en se plaçant du côté où il n’y a pas la bougie et l’objet) c. Schématisation d. Observations ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………….. 6 UAA2 : La lumière nous permet d’observer e. Interprétations ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… f. Conclusion ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… À la suite de cette partie, nous pouvons déjà faire une première clarification des concepts abordés précédemment. Définitions : Il existe deux types de corps lumineux :  ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………  ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… Zone d’ombre : ………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………. Zone éclairée : ………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………. 7 UAA2 : La lumière nous permet d’observer Ombre portée : ………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………. Cône d’ombre : ………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………. Ombre propre : ………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………. Reporte sur le schéma suivant les différents termes définis précédemment : Source : sciences-physiques-moodle.ac-orleans-tours.fr 8 UAA2 : La lumière nous permet d’observer  2.3.Les conditions de visibilités d’un objet Pour définir les conditions de visibilités d’un objet, répondons à ces trois questions suivantes pour nous éclairer sur le sujet. a) Si j’éteins la lumière dans la pièce, vais-je pouvoir voir mon plumier, ma farde, mon cours de sciences ? ………………………………………………………………………………………………….. b) Si je suis dos à un objet, vais-je pouvoir le voir ? ………………………………………………………………………………………………….. c) Si je me cache les yeux avec un foulard, vais-je pouvoir voir mon plumier sur mon bureau ? ………………………………………………………………………………………………….. Suite aux réponses aux questions, selon toi, quelles sont les caractéristiques pour qu’un objet soit visible ? ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… Clarifions les concepts vus : Conditions de visibilité : Pour qu’un objet soit vu, il doit répondre à deux conditions :  ………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………  ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… 9 UAA2 : La lumière nous permet d’observer  2.4.Exercices a) Laquelle des deux illustrations est correctes ? Justifie ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ b) Jean peut-il voir le couché de soleil ? Justifie ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ c) Lucas va-t-il pouvoir regarder son dessin animé préféré ? Justifie ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ 10 UAA2 : La lumière nous permet d’observer  3. Passera ou passera pas ? Dans l’exercice précédent, tu as affirmé que Lucas ne peut pas voir son dessin animé à la télévision. Tu as raison ! Mais cela dépend de l’objet entre lui et la télévision… a) Situation 1 : On place un bout de carton entre la source lumineuse et l’objet à voir. Qu’observes-tu ? ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ b) Situation 2 : On place une vitre entre la source lumineuse et l’objet à voir Qu’observes-tu ? ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ c) Situation 3 : On place une chemise plastique entre la source lumineuse et l’objet à voir Qu’observes-tu ? ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ d) Situation 4 : On place un miroir entre la source lumineuse et l’objet à voir Qu’observes-tu ? ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ Quel critère nous permet de distinguer ces 4 situations ? ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ 11 UAA2 : La lumière nous permet d’observer  Définitions : Corps transparent : ………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………. Corps translucide : ………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………. Corps opaque : ………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………. Miroir : ………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………. 4. La propagation de la lumière 4.1.Mise en situation Pour comprendre comment la lumière se propage, nous allons réaliser une comparaison entre la lumière émise par une lampe de poche et un laser. Tout d’abord quelle est la particularité du laser par rapport à la lampe de poche ? ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ a. Matériel - Une lampe de poche - Un laser - De la poussière de craie b. Mode opératoire 1) Un élève pointe la lampe de poche sur le tableau et l’allume 2) Un autre élève pointe le laser sur le tableau et l’allume 3) De la poussière de craie est saupoudrée 12 UAA2 : La lumière nous permet d’observer  c. Observations ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ d. Schématisation Laser Lampe de poche e. Conclusion ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ 13 UAA2 : La lumière nous permet d’observer  Clarifions les concepts vus La lumière : ………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………. Les rayons lumineux : ………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………. Les faisceaux lumineux : ………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………. L’optique: ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… Un peu d’info 14 UAA2 : La lumière nous permet d’observer  4.2.Exercices Délimite la zone d’ombre dans les cas suivants si on considère la source lumineuse comme ponctuelle. A) B) Trace les rayons lumineux pour retrouver la source lumineuse ponctuelle. 15 UAA2 : La lumière nous permet d’observer  5. Les phases de la Lune 5.1.Rappels - Qu’est-ce que la Lune ? ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ - Autour de quel élément tourne la Lune ? ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ - Comment tourne la Lune ? ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ - Combien de temps met la Lune pour réaliser un tour complet ? ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ 5.2.Expérimentation Pour mieux comprendre pourquoi nous ne voyons pas la Lune de la même façon toutes les nuits, nous allons réaliser une modélisation de ce phénomène. a. Matériel - Un projecteur - Une boule de frigolite - Un observateur b. Mode opératoire - Un observateur se positionne au centre - Le projecteur est placé en face de l’observateur - Un élève tiendra la boule de frigolite et la positionnera à 4 endroits différents allant dans le sens contraire des aiguilles d’une montre : o Entre le projecteur et l’observateur o À 90° de l’axe observateur-projecteur, une fois à gauche et une fois à droite. o Dans l’alignement projecteur-observateur-boule de frogolite 16 UAA2 : La lumière nous permet d’observer  c. Observations ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ d. Schématisation e. Conclusion ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ 17 UAA2 : La lumière nous permet d’observer 5.3.Caractéristiques de phases de la Lune 18 UAA2 : La lumière nous permet d’observer  6. La lumière haute en couleurs Lors de la mise en situation, nous avons parlé du cas de l’arc-en-ciel. Mais que se passe-t-il réellement pour que la combinaison de la pluie et de la lumière du Soleil donne cela ? 6.1.La décomposition de la lumière Comment pourrions-nous recréer un arc-en-ciel ? ____________________________________________________________ Nous allons essayer de recréer un arc-en-ciel avec un prisme de verre et une lampe de poche ou la lumière du Soleil. Schématisation Conclusion ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ Est-il possible de créer de la lumière blanche à partir des différentes couleurs ? Explique. ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ 19 UAA2 : La lumière nous permet d’observer  6.2. Les 3 couleurs nécessaires Young et Maxwell avança l’hypothèse qu’il ne fallait pas toutes les couleurs du spectre des couleurs pour obtenir une lumière blanche ! Intéressons-nous de plus près à cette hypothèse ! Dans sa théorie, Young proposait un triangle des couleurs où il montrait que toutes les couleurs, même le blanc, pouvaient être produites à partir des couleurs primaires qu’il avait choisies, le rouge, le vert et le violet. En janvier de la même année, Maxwell adopta l’approche de Young, mais en soulignant que le point crucial de la sélection des couleurs primaires était leur combinaison, dans les bonnes proportions, pour obtenir du blanc. Grâce à ses expériences, il se sentait prêt à formuler une théorie de la classification des couleurs. Suite aux différentes expériences, Maxwell se rendit compte qu’il fallait choisir les couleurs primaires judicieusement : il ne s’agissait pas du rouge, du vert et du violet mais bien du rouge, du vert et du bleu. Lorsqu’il mélangeait, de façon égale, la lumière rouge, verte et bleue, il recomposait la lumière blanche mais, quand il mélangeait la lumière rouge et verte, il obtenait du jaune ; la lumière rouge et bleue, il obtenait du magenta ; la lumière bleue et verte, il obtenait du cyan. a) Quelle théorie avance Young ? ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ b) Quel défaut corrige Maxwell à cette théorie ? ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ c) Quelles conditions faut-il respecter pour obtenir de la lumière blanche ? ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ d) Que se passe-t-il si on mélange uniquement deux lumières de couleurs primaires ? ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ e) Cette couleur obtenue, comment pourrions-nous la nommer ? ____________________________________________________________ 20 UAA2 : La lumière nous permet d’observer  f) Dans quels domaines utilisons-nous cette théorie des couleurs ? - _______________________________________________________ - _______________________________________________________ - _______________________________________________________ Clarification des concepts La trichromie : ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ Une couleur primaire : ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ Une couleur secondaire : ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ Additionner différentes lumières colorées afin d'obtenir une nouvelle couleur ou du blanc se nomme la _________________________________ des couleurs 21 UAA2 : La lumière nous permet d’observer Si on peut additionner, on peut soustraire ? Par déduction, si une synthèse additive consiste à additionner différentes lumières colorées, une synthèse soustractive consiste à _____________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ Prouvons-le ! Quelle manipulation pourrions-nous effectuer pour prouver la théorie déduite pour la synthèse soustractive ? ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ Observe attentivement le document ci-dessous et tente de l’expliquer de façon complète ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ 22 UAA2 : La lumière nous permet d’observer