ENSEIGNER
samedi 23 septembre 2017
icar Vesion anglaise

THEME: Optique 1S
  -  Première (Première (prog. 2011))  -  Physique

Activité 1: Vision d'un objet: observation d'une source de lumière (considérée) ponctuelle

 

1. Prévision

a) La DEL étant éteinte et la boîte fermée à l’aide de son couvercle, prévoyez et écrivez ce que vous allez voir lorsque vous placerez votre œil successivement derrière chacun des trous T1, T2,…T5.

b) Prévoyez ce que vous allez voir lorsque la DEL sera allumée (la boîte étant toujours fermée) et que vous placerez l'œil successivement derrière chacun des trous T1, T2,…T5. Après discussion avec votre binôme inscrivez votre prévision dans le tableau ci-dessous.

Prévision DEL éteinte

A travers T1

 

A travers T2

A travers T3

A travers T4

A travers T5

Prévision DEL allumée

A travers T1

 

A travers T2

A travers T3

A travers T4

A travers T5

Expliquez ce qui vous incite à faire ces prévisions.

2. Réalisation de l’expérience

Allumez la DEL. Mettez votre œil successivement derrière chacun des trous et notez dans le tableau ci-dessous ce que vous voyez.

Observation DEL éteinte

A travers T1

 

A travers T2

A travers T3

A travers T4

A travers T5

Observation DEL allumée

A travers T1

 

A travers T2

A travers T3

A travers T4

A travers T5

3. Réflexion

a). Expliquez ci-dessous les résultats observés en 2, au besoin en utilisant un schéma ; une partie de l’explication utilise le texte du modèle qui vous a été donné. Précisez les énoncés du modèle auquel vous vous référez plus particulièrement pour cette situation.

b). Vos prévisions du 1 ci-dessus concordaient-elles avec ce que vous avez observé au 2 ? Si non, qu’est-ce qui d’après vous explique cette différence ? Quels alinéas du modèle étaient mis en défaut ?


But: Vision d'un objet: observation d'une source de lumière (considérée) ponctuelle

Le but de cette activité est de montrer aux élèves qu’on ne peut voir un objet que si la lumière

qu’il émet entre dans l’œil . Comme l’ont montré plusieurs expérimentations, beaucoup d’entre eux ne raisonnent pas encore correctement sur ce point. Nous avons adapté une expérimentation réalisée par Wanda Kaminski (Kaminski, W, 1991, Optique élémentaire en classe de quatrième : raisons et impacts sur les maîtres d’une maquette d’enseignement. Thèse, Université Paris VII) et décrite par Laurence Viennot (Viennot, L, 1996, Raisonner en physique, la part du sens commun, De Boeck Université).

Préparation: Vision d'un objet: observation d'une source de lumière (considérée) ponctuelle

Matériel

Pour cette activité et la suivante, nous utilisons une boîte de carton (ou mieux de contreplaqué, beaucoup plus solide) dont nous donnons le schéma ci-dessous :

Les trous T1, T2…(le schéma en comporte trois mais 4 ou 5 conviennent aussi) , la DEL (on peut aussi utiliser une très petite ampoule comme on en trouve sur certaines guirlandes, l’important est que la source utilisée brille suffisamment, en particulier pour l’activité 2 ci-dessous) et le trou T de l’écran 1 doivent être à la même hauteur par rapport au bas de la boîte, par exemple à 2 cm. La DEL doit être visible par le trou T2 (cela n’est pas dit à l’élève). Penser à faire insérer un conducteur ohmique pour limiter l’intensité du courant à travers la DEL.

Bien peindre en noir l'intérieur de la boîte, les écrans et surtout le bord découpé des trous de façon à limiter la diffusion (en particulier si on utilise une source très lumineuse car cela introduit une diffusion indésirable sur les parois.

Préparation: Vision d'un objet: observation d'une source de lumière (considérée) ponctuelle

Déroulement

Un schéma du dispositif sur transparent facilite la conduite de l’activité.
Le professeur demande aux élèves de prévoir ce qu’ils verront par chaque trou, d’écrire cette prédiction et de la vérifier expérimentalement. Ils doivent interpréter ce qu’ils voient en se référant au modèle distribué dans la partie 1. Au cas où leur prédiction est contredite par l’expérience, ils doivent expliquer ce qui est à l’origine de l’écart.
Le professeur a intérêt à encourager les élèves à vraiment écrire ce qu’ils prévoient afin de leur donner la possibilité de prendre conscience de leur erreur.
Il ne faut pas signaler aux élèves que les trous T et T2 sont alignés avec la source de lumière.

Comportement des élèves: Vision d'un objet: observation d'une source de lumière (considérée) ponctuelle

Lors de notre expérimentation, 5 élèves sur un groupe de 14 ont prévu qu’ils verraient de la lumière par tous les trous. Ce taux d’erreur est relativement faible et s’explique sans doute par le fait que cette question a déjà fait l’objet d’un enseignement au collège. Des expérimentations réalisées auprès de divers publics (Kaminski, W, 1989, Conceptions des enfants et des autres sur la lumière, Bulletin de l’Union des Physiciens, 716, pp973-996) ont révélé des taux d’erreur allant jusqu’à 65% . Cette erreur peut s’expliquer par le fait que la lumière peut être regardée comme on regarde un objet concret. Il est d’autant plus nécessaire de lutter contre cette erreur que l’étude des images formées par les miroirs et les lentilles s’accompagnera de l’observation d’images virtuelles ou aériennes bien plus délicate à expliquer que la simple observation d’objets concrets.

Corrigé: Vision d'un objet: observation d'une source de lumière (considérée) ponctuelle

Les élèves doivent prévoir qu’ils ne verront la lumière émise par la DEL que par un seul trou. Ils doivent expliquer que la lumière se propageant en ligne droite, il faut que le trou à travers lequel on observe la DEL soit aligné avec la DEL et le trou T. On utilise plus particulièrement les alinéas 3 et 5 pour modéliser les flux de lumière par des rayons ou des faisceaux de lumière et l’alinéa 4 lorsqu’on admet la propagation rectiligne de la lumière.