ENSEIGNER
dimanche 19 novembre 2017
icar Vesion anglaise

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

Activité 3: Vision de la lumière

 

La boîte utilisée prédédemment est ouverte.

1. Prévision

En quelques mots, notez dans le tableau ci-dessous ce que vous allez voir en allumant la DEL dans les trois cas suivants :

 

Sur le fond horizontal de la boîte

Sur le côté vertical de la boîte

DEL juste au-dessus de l’ouverture

 

 

 

DEL au niveau de l’ouverture

 

 

DEL juste au-dessous de l’ouverture

 

 

Expliquez ce qui vous incite à faire ces prévisions.

2. Réalisation de l’expérience

Allumez la DEL. Décrivez dans le tableau ci-dessous ce que vous voyez.

 

Sur le fond de la boîte

Sur le côté de la boîte

DEL juste au dessus de l’ouverture

 

 

 

DEL au niveau de l’ouverture

 

 

DEL juste au-dessous de l’ouverture

 

 

3. Réflexion

a) Expliquez ci-dessous (si besoin est avec des schémas) ce que vous avez observé en 2°; une partie de l’explication utilise le texte du modèle qui vous a été donné. Précisez les alinéas du modèle auxquels vous vous référez plus particulièrement pour cette situation.

b) Vos prévisions concordaient-elles avec ce que vous avez observé ?

Si votre réponse est non, qu’est-ce qui d’après vous explique cette différence ?


But: Vision de la lumière

Cette activité a pour but d’illustrer le phénomène de diffusion afin de lutter contre l’erreur consistant à penser que l’on peut voir de la lumière même si elle ne pénètre pas dans l’œil.

La diffusion intervient dans l’interprétation de nombreuses expériences comme la visualisation de rayons et faisceaux de lumière ou la distinction entre image observée par visée directe et image sur un écran. Dans ce dernier cas, c’est la lumière diffusée par l’écran qui est perçue. Elle permet d’expliquer des situations de la vie courante (visualisation du faisceau de lumière émis par les phares d’une voiture en cas de brouillard, visualisation de la lumière solaire passant à travers des persiennes dans une pièce dont l’air contient un peu de poussières, perception de lumière même si on ne regarde pas le soleil).

Cette activité fait également fonctionner les connaissances relatives à l’activité 1 ci-dessus.

Préparation: Vision de la lumière

Matériel

Nous nous inspirons des travaux de Wanda Kaminski (Kaminski, W, 1991, , expérience 2.5.1 page 104, Optique élémentaire en classe de quatrième : raisons et impacts sur les maîtres d’une maquette d’enseignement. Thèse, Université Paris VII).

Une source de lumière ponctuelle (DEL) éclaire la boîte par l’ouverture créée sur son côté gauche. Elle est à l’extérieur de la boîte.

Préparation: Vision de la lumière

Expérience

Les élèves placent au bord de la paillasse le côté de la boîte où est aménagée l’ouverture. Cela rend plus commode la manipulation qui consiste à déplacer (verticalement) la diode devant l’ouverture et à observer le fond horizontal de la boîte et le côté vertical qui reçoit la lumière. On peut demander aux élèves de placer un écran blanc sur lequel ils pourront suivre le trajet de la lumière sur le fond horizontal de la boîte. Il est intéressant de disposer d’écrans d’état de surfaces très différents (surface glacée, papier à dessin à gros grains) pour faire comprendre le rôle de l’écran lors de la diffusion de la lumière. Sous incidence rasante, ce que l’on observe change beaucoup selon les écrans utilisés.

En faisant varier la hauteur de la source, on modifie la zone d’incidence de la lumière sur le fond et la base de la boîte. Il faut que les zones qui reçoivent la lumière (fond horizontal et bord vertical) soient de nature très différentes.

Préparation: Vision de la lumière

Déroulement

Le professeur demande aux élèves de prévoir ce qu’ils observeront sur le fond horizontal et sur le bord droit (vertical) de la boîte lorsqu’ils déplaceront la DEL devant l’ouverture. Ils font ensuite l’expérience, décrivent par écrit ce qu’ils observent et analysent un éventuel écart entre prédictions et observations.


L’institutionnalisation se fait par l’addition des alinéas 9 et 10 du modèle. Il est utile de corriger les compte-rendus de TP entre temps de façon revenir sur les erreurs faites par les élèves. Si l’expérience du laser qui a servi à commenter le texte du modèle dans la partie 1 a été faite, il est alors nécessaire de revenir sur elle pour faire comprendre aux élèves que c’est la diffusion qui a permis de visualiser la marche de la lumière.


Il est prudent de corriger les compte-rendus de TP pour le cours suivant. Cela permet de revenir sur quelques erreurs faites par les élèves.

Savoir: Vision de la lumière

Cette activité permet de bien préciser ce qu’est la diffusion par un écran. On l’appelle aussi diffusion superficielle ou réflexion diffuse. Elle se produit dans des directions différentes de celles correspondant à la réflexion régulière. Les écrans utilisés dans cette activité ne diffusent pas de la même façon dans toutes les directions.

La lumière est réfléchie de façon à la fois régulière et diffuse par la plupart des écrans (c’est le cas d’un écran recouvert de papier placé). Un écran qui ne réfléchit que de façon diffuse est qualifié de mat.

On peut signaler aux élèves que le modèle de l’optique géométrique ne permet pas de rendre compte de la diffusion. Ce phénomène relève de l’optique ondulatoire. C’est une occasion d’évoquer la notion de champ de validité d’un modèle.

Corrigé: Vision de la lumière

Lorsque la diode est située plus bas que la boîte, seul le côté vertical droit de cette dernière reçoit de la lumière. Ce que l’œil perçoit est la lumière diffusée surtout sur un écran blanc.

Lorsque la diode est à la hauteur du fond horizontal de la boîte (incidence rasante), celui-ci diffuse la lumière : cela permet de suivre la marche de cette dernière (la zone d’ombre créée par la fente délimite un faisceau divergent). Ce n’est que grâce à cette lumière diffusée que l’on peut voir le fond de la boîte. On peut examiner l’influence de l’état de la surface (lisse ou à gros grains). On constate également que si l’écran vertical est très diffusant, la partie de l’écran horizontal qui en est proche est plus éclairée que le reste.

Lorsqu’on place la diode suffisamment haut, on observe l’ombre de la fente sur l’écran vertical.