CHAPITRE 1 : LUMIERES COLOREES ET COULEUR DES OBJETS
I – LUMIERE BLANCHE
Le Soleil et les lampes à incandescence émettent une lumière dite blanche. Cependant, quand on éclaire un CD avec cette lumière, des couleurs apparaissent. D’où viennent ces couleurs ?
Expérience :
Un spectroscope est un tube à une extrémité duquel est fixée une fente par où rentre la lumière et un réseau (feuille transparente qui comporte de nombreuses et fines fentes, comme les sillons du CD) à l’autre extrémité.
En utilisant une source blanche et un spectroscope, qu’observez-vous ?
On observe les couleurs de l’arc-en-ciel : il s’agit du spectre (ensemble des couleurs qui composent une lumière) de la lumière blanche. Ce spectre est continu car le passage d’une couleur à une autre est progressif.
Si on place un filtre de couleur verte ou rouge devant la source de lumière blanche, qu’observez-vous au spectroscope ?
Lorsque le filtre est vert, seule la couleur verte apparaît sur le spectre et lorsque le filtre est rouge, seule la couleur rouge apparaît sur le spectre.
Interprétation :
Le réseau, comme le CD, a décomposé la lumière.
Un filtre de couleur ne laisse passer que sa propre couleur.
Conclusion :
La lumière blanche est composée de toutes les lumières colorées.
Un filtre coloré permet d’obtenir une lumière colorée : éclairé en lumière blanche, il ne transmet qu’une lumière de sa propre couleur.
II – COULEUR DES OBJETS
Voir TP : « La couleur des objets ».
Généralisation :
Un objet blanc prend la couleur de la lumière qui l’éclaire car il peut diffuser toutes les lumières colorées.
Un objet noir absorbe toutes les lumières colorées : il ne diffuse pas de lumière.
Un objet rouge diffuse de la lumière rouge, à condition qu’il en reçoive. Eclairé en lumière bleue ou verte, il apparaîtra noir. En lumière rouge ou blanche, il apparaîtra rouge.
Remarque :
En absorbant de la lumière, la matière reçoit de l’énergie qu’elle transforme en énergie thermique, donc elle s’échauffe. Par une chaude journée d’été, il est donc conseillé de s’habiller en blanc ou, dans tous les cas, d’une couleur claire (qui absorbe peu de lumière).
III – SYNTHESE ADDITIVE DES COULEURS
Activité à la maison :
Observez de très près (ou à la loupe) un écran de télévision (plasma ou cathodique). Décrivez ce que vous voyez.
L’écran est constitué uniquement de point bleus, verts et rouges qui sont appelés « luminophores ». Chaque luminophore est une source de lumière colorée.
Expérience :
A l’aide de la lanterne à miroirs et des filtres dont vous disposez, éclairez un écran blanc en mélangeant les lumières colorées deux à deux puis les trois simultanément en observant les couleurs obtenues. Ecrivez vos résultats.
Conclusion :
Le bleu, le rouge et le vert sont les trois lumières primaires.
La synthèse additive des lumières colorées primaires permet d’obtenir les lumières colorées secondaires et la lumière blanche :
Bleu + Vert
Bleu + Rouge
Vert + Rouge
Bleu + Vert + Rouge
CHAPITRE 2 : LES LENTILLES
I – LENTILLES CONVERGENTES, LENTILLES DIVERGENTES
Une lentille est formée d’un bloc transparent de verre ou de plastique.
Il existe deux types de lentilles :
- Celles qui sont plus épaisses au centre que sur le bord
- Celles qui sont plus épaisses sur le bord qu’au centre
Expérience :
On fait arriver trois faisceaux de rayons parallèles de lumière sur une lentille de chaque sorte.
Les lentilles à bord mince font converger les faisceaux de rayons parallèles de lumière : ces lentilles sont dites convergentes.
Les lentilles à bord épais font diverger les faisceaux de rayons parallèles de lumière : ces lentilles sont dites divergentes.
II – FOYER ET DISTANCE FOCALE D’UNE LENTILLE CONVERGENTE
Expérience :
Reprenons l’expérience du I avec la lentille convergente et réalisons l’expérience avec plusieurs lentilles convergentes différentes.
Les faisceaux de rayons parallèles de lumière se rencontrent en un point : ce point est le foyer de la lentille (généralement noté F).
La distance entre le centre de la lentille et le foyer dépend de la lentille : cette distance est appelée distance focale de la lentille (généralement notée f).
Définitions :
Le foyer F d’une lentille convergente est le point où converge la lumière lorsque la lentille est traversée par des faisceaux de rayons parallèles de lumière.
La distance focale f est la distance entre la lentille et le foyer.
Schématisation :
Attention :
- il ne faut jamais regarder le Soleil à travers une lentille. Vous pourriez devenir aveugle.
- Si on fait converger les rayons du Soleil à l’aide d’une lentille convergente, la température au foyer pet atteindre plusieurs milliers de degrés et peut déclencher un incendie. C’est la raison pour laquelle il ne faut pas abandonner de bouteilles en verre dans la nature : elles peuvent en effet être assimilées à des lentilles convergentes.
III – IMAGE D’UN OBJET PAR UNE LENTILLE CONVERGENTE
Voir TP : « Image d’un objet par une lentille convergente »
Avec une lentille convergente, on peut obtenir une image sur un écran si la distance objet-lentille est supérieure à la distance focale. L’image obtenue est renversée.
Remarque :
- Si on rapproche l’objet de la lentille, l’image s’éloigne et grossit.
- Si on éloigne l’objet de la lentille, l’image se rapproche et est plus petite.
Activité :
Expliquez à votre grand-père comment il doit utiliser sa loupe dont la distance focale est d’environ 10 cm pour lire le journal.
CHAPITRE 3 : L’ŒIL
I – UN ORGANE COMPLEXE
Devoir à la maison :
Recherchez ou reproduisez un schéma de l’œil sur lequel les différents éléments apparaissent. Expliquez, en quelques mots, le rôle de chacun de ces éléments.
Prévoir un schéma à distribuer avec un petit descriptif ou prendre le meilleur devoir et le photocopier avec l’accord de l’élève.
L’œil peut être modélisé simplement par une lentille convergente et un écran.
La lumière émise par un objet traverse l’œil et une image se forme sur la rétine.
II – FORMATION DES IMAGES SUR LA RETINE
Emilie : Que l’objet soit proche ou éloigné, l’image doit toujours se former sur la rétine.
Léo : Bizarre, car la rétine est toujours au même endroit.
Comment interpréter cela ?
Laisser les élèves formuler un raisonnement et éventuellement expérimenter.
L’œil peut voir nettement des objets situés à des distances différentes car sa distance focale peut varier. Cela est dû à une déformation du cristallin : on dit que l’œil accommode.
III – LES DEFAUTS DE L’ŒIL
Etude doc : « Œil pour œil »
CHAPITRE 4 :
LA VITESSE DE LA LUMIERE
LA VITESSE DE LA LUMIERE
I – HISTORIQUE
Etude doc
La vitesse de propagation de la lumière, dans le vide, est d’environ 300 000 km/s soit 300 000 000 m/s (3 x 108 m/s).
Cette vitesse change quand le milieu de propagation change.
Exemple : dans l’eau, cette vitesse est de 225 000 km/s.
II – L’ANNEE-LUMIERE
Etude doc : « c’est pas sorcier »
L’année-lumière est la distance parcourue par la lumière en une année (environ 1013 km).
Quelques distances dans l’univers :
Tableau avec quelques valeurs intéressantes en km et en a.l.
III – VOIR LOIN, C’EST VOIR LE PASSE
Etude doc : « c’est pas sorcier » et question : pourquoi dit-on que regarder loin dans l’univers c’est regarder loin dans le passé ?
