La lumière : source et propagation rectiligne
 
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 MathsPhysiC                                 Classe de 5° travaux pratiques Optique

 

 

·                      A-Les sources de lumière

 

Activités : Document et Travaux pratiques

 

I-Sources de lumière

 

Analyse de documents

● Observe les documents 1, 2 et 3. Quels sont, sur ces documents: 

  -les objets qui produisent de la lumière ?

………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………

  -Les objets qui sont éclairés par une source de lumière?

………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………

   

 

 

II-Condition de visibilité d’une source primaire

● Quelle est la condition pour voir une source primaire de lumière?

 

Expériences :

● Tu disposes d'une boîte, peinte intérieurement en noir et d'une lampe.

● Place ton œil devant le trou A puis devant le trou B.

 

Place une feuille de papier devant chacun des trous A et B et regarde si la feuille est éclairée.

 

● Glisse, successivement dans la fente de la boîte, un écran en carton, une plaque de plexiglas, et regarde par le trou A.

 

 

III-Condition de visibilité d’objets diffusants

● Tu vois ton livre, les murs de ta classe, ton camarade assis à coté de toi. Pourtant, ce ne sont pas des sources primaires. Pourquoi voit-on les objets qui nous entourent?

 

Expérience

● Tu disposes d'une boîte, peinte intérieurement en noir et d'une lampe. Introduis par la fente un écran mobile blanc.

● La lampe étant éteinte, regarde à l'intérieur par le trou B.

● Allume la lampe. Regarde à nouveau par le trou B.Que vois-tu?

…………………………………………………………………………………………………………

● Place une feuille de papier près du trou B.Qu'observes-tu?

…………………………………………………………………………………………………………

● Recommence l'expérience avec un écran mobile noir. Observes-tu une différence ?

…………………………………………………………………………………………………………

 

Un écran blanc, puis noir , est introduit dans la boîte.

 

Activités

 

LES SOURCES DE LUMIÈRE

 

I - Les diffÉrentes sources de lumière.

 Écrire dans le cadre ci-dessous des noms de sources de lumière.

 

 Comment classer ces sources.

 

Expliquer comment on doit procéder pour éclairer l'objet sans rien toucher au montage déjà réalisé.

 

1 . Matériel.

En plus du matériel utilisé précédemment on dispose d'un second écran qui va nous servir de source secondaire (d'où l'expression écran diffusant) pour éclairer l'objet.

Ce second écran peut présenter différents aspects (clair, sombre ou coloré) grâce à un jeu de feuilles de papier © Canson.

2 . Étude expérimentale.

a/ Montage initial.

C'est le même montage que dans l'expérience précédente.

b/ L'éclairement de l'objet dépend-il ?

 

 

Observations

De la distance qui sépare la source primaire de l'écran diffusant.

 

De la distance qui sépare l'objet de l'écran diffusant.

 

De l'orientation de l'écran diffusant.

 

 

De l'aspect (clair ou sombre) de l'écran diffusant

 

 

Observations : ………………………………………………………………………………………………………

 

 

·                      B-La propagation de la lumière

 

Activités : Travaux pratiques

 

I-Propagation de la lumière

 

Expérience

● Tu disposes d'une lampe électrique et de trois écrans munis

de plusieurs trous.

● Allume la lampe. Place sur la table les trois écrans.

Déplace les écrans pour voir la lampe à travers trois trous.

● Peux-tu faire passer une tige droite et rigide par l'un des trous

de chaque écran?

…………………………………………………………………………………………………

● Comment la lampe et ces trois trous sont-ils disposés?

Que peut-on dire du trajet de la lumière?

………………………………………………………………………………………………

 

II-Faisceaux de lumière

Expérience

● Grâce à un brumisateur, créons un brouillard entre un projecteur et

un écran : nous voyons se former un cône de lumière!

 

● Chaque gouttelette d'eau est une source secondaire de lumière

qui reçoit

la lumière du projecteur et la diffuse: on peut de cette façon visualiser

le fais­ceau de lumière.

 

III-Ombres

● Plus le Soleil est bas sur horizon, plus ton ombre s'allonge. Peut-on prévoir la forme et la position 

de l'ombre d'un objet?

………………………………………………………………………………………………………

Expérience :

● Éclaire, avec une source lumineuse de petite dimension (source ponctuelle),

un écran percé de deux trous.

● Dispose une balle entre la source et l'écran.l'écran est-il éclairé en totalité?

………………………………………………………………………………………………………………………………

● Quelle partie de la balle n'est pas éclairée?

………………………………………………………………………………………………………………………………

● Regarde au travers de chacun des trous de l'écran en direction de la source

de lumière.Par quel trou peux-tu voir la source de lumière?

………………………………………………………………………………………………………………………………

●  Place une bille entre la balle et l'écran.Où doit se trouver la bille pour qu'elle

ne soit pas éclairée?

………………………………………………………………………………………………………………………………

●  Dessine le schéma de l’expérience

a. Hachure le faisceau de lumière arrêté par la balle.

b. Colorie en noir l'ombre propre de la balle.

c. Indique, sur la figure, où se trouve le cône d'ombre de la balle.

 

 

Activités

 

LES OMBRES

I- qu'est-ce qu'une ombre ?

 

1 . Conditions d'observation.

Citer ou dessiner deux situations mettant en évidence le phénomène d'ombre.

………………………………………………………………………………………………………

Quelles sont les deux conditions qui permettent d'obtenir un phénomène d'ombre ?

………………………………………………………………………………………………………

 2 . Étude expérimentale du phénomène.

Matériel : Une lampe, un objet opaque, un petit objet servant de détecteur de lumière, un écran.

 

Protocole : Disposer le matériel comme indiqué dans le croquis ci-contre.

 

Observer l'objet.

Déplacer le détecteur de lumière dans tout l'espace qui entoure l'objet.

L'objet présente deux zones, l'une est .................................. alors que l'autre est .................................. .

 

Placer l'écran derrière l'objet.

La zone .................................. est appelée ombre propre de l'objet (par définition).

L'espace qui entoure l'objet est composé de deux parties, l'une ...........................

........................................................... et l'autre ................................................

........................................................... .

La partie qui ne reçoit pas de lumière et qui se trouve  .......................................

...................................................................est appelée ombre (par définition).

 

Observations :

L'écran présente deux zones, l'une est .................................................. et l'autre .................................................. .

La zone  .................................................. est appelée ombre portée de l'objet sur l'écran (par définition).

 

II- influence des dimensions de la source.

 

Étude expérimentale.

Matériel : Une lampe, un objet opaque, un écran, deux caches montés sur support de diapositive.

Protocole : Reprendre le dispositif de la dernière expérience.

 

PROPAGATION DE LA LUMIÈRE

 

I - Étude expÉrimentale du trajet suivi par la lumière.

 

1 . Matériel. Une source primaire ponctuelle, trois écrans numérotés, un morceau de fil.

 

2 . Mode opératoire.

Disposer le matériel conformément au croquis ci-dessous.

Placer les écrans de telle sorte que l'oeil, situé derrière l'écran n°3, voie de la lumière.

Localiser les trous au travers desquels se propage la lumière,  y passer le fil puis, sans déplacer les écrans, le tendre.

 

Observation :

La ligne matérialisée par le fil est une ligne      brisée  /   droite

Cette ligne représente ........................................................................................par la lumière.

Laisser tout le matériel en place en attendant la mise en commun des observations.

 

3 . Dans la classe, tous les fils ont-ils la même direction ?

À remplir avec le professeur après avoir réalisé la mise en commun des diverses observations.

 

II - direction et sens de propagation de la lumiÈre.

À partir d'une source la lumière se propage ..............................................................

..................................... et dans ..............................................................................

Ces .................................................................... sont appelées ...............................

 

Modèle du rayon de lumière

Le physicien utilise ................................................................................................... partant ................................................ pour représenter les rayons de lumière.

Utiliser le modèle du rayon de lumière pour compléter le croquis de façon à montrer que la source primaire émet de la lumière.

 

III - "Peut-on voir la lumière ?"

 

1 . Matériel.

Une source primaire ponctuelle munie d'un cache troué, un écran, deux flacons numérotés (un des deux contient de la cendre).

2 . Mode opératoire.

Placer successivement chacun des deux flacons devant la source primaire. 

Noter vos observations :

 

Proposer,sur le cahier de brouillon, une explication du phénomène observé .

 

3 . Un peu de vocabulaire.

On appelle ........................................................ un ensamble de rayons de lumière..

 

4 . Comment représenter un faisceau de lumière ?

Remplacer le flacon par l'écran.

Placer cet écran de façon à permettre une observation semblable à celle de la manipulation précédente (paragraphe III-b).

Dessiner ce qu'on voit alors sur l'écran, mettre une légende.

Schématiser le faisceau de lumière délimité par le cache troué.

5 . Des faisceaux de lumière observables.

Citer trois situations de la vie courante dans lesquelles on peut observer des faisceaux de lumière.

 

Observer l'ombre portée de l'objet sur l'écran :

  - quand la source est étendue (placer tout contre la lampe le cache formé d'un ............... morceau de papier calque),

  - quand la source est ponctuelle (placer tout contre la lampe le cache formé d'un ............... morceau de papier noir avec un trou au centre).

Observation :

Quand la source est étendue, l'ombre portée de l'objet sur l'écran

 

Observation :

Quand la source est ponctuelle, l'ombre portée de l'objet sur l'écran ....

 

La zone intermédiaire entre ............................................................................. et  .............................................................................  est appelée pénombre (par définition).

 

- Utiliser la source ponctuelle et placer l'écran dans une position telle qu'au moins un des trous se trouve dans l'ombre portée.

Regarder (avec un seul oeil) au travers des divers trous de l'écran puis rayer dans les phrases du cadre ci-dessous les propositions ne correspondant pas à vos observations..

 

Prévoir ce que l'on verra dans chacun des cas ci-dessous lorsque la source est étendue.

 

Hypothèse

On regarde au travers d'un trou situé dans l'ombre.

La source est : TOTALEMENT VISIBLE / PARTIELLEMENT VISIBLE / NON VISIBLE.

 

 

On regarde au travers d'un trou situé dans la zone éclairée.

La source est : TOTALEMENT VISIBLE / PARTIELLEMENT VISIBLE / NON VISIBLE.

 

 

On regarde au travers d'un trou situé dans la pénombre.

La source est : TOTALEMENT VISIBLE / PARTIELLEMENT VISIBLE / NON VISIBLE.

 

Vérifier expérimentalement vos hypothèses puis conclure en complétant les phrases suivantes.

Lorsque l'œil est placé dans la zone éclairée, la source est visible .......................

Lorsque l'œil est placé dans la pénombre, la source ............................................

.............................................................................................................................

Lorsque l'œil est placé dans l'ombre, la source ...................................................

 

III - Avec deux sources de lumière colorée.

 

Matériel :

Pour cette expérience, les groupes de travail s'associent par deux de façon à disposer de deux lampes.

En plus du matériel déjà présent on utilise deux filtres colorés.

 

Protocole :

Réaliser le montage ci-contre. Chaque lampe est munie du support avec calque (source étendue) et d'un filtre coloré placés tout contre.

Faire briller successivement les deux lampes.

Faire briller les deux lampes en même temps.

Déplacer l'écran de façon à faire varier la distance qui le sépare de l'objet opaque.

Noter dans le cadre ci-dessous toutes les observations jugées intéressantes.

                

Observations :

………………………………………………………………………………………………………

 

 

·                      C-Le système Terre-Lune-Soleil

 

Activités : Document et Travaux pratiques

 

I-Les mouvements de la Terre et de la Lune

 

● Les mouvements de la Terre et de la Lune

Comment se déplace la Terre autour du Soleil et comment se déplace la Lune autour de la Terre?

 

Analyse de document

● Trajectoire de la Terre autour du Soleil et trajectoire de la Lune autour de la Terre. La Terre tourne sur elle-même. La distance Terre-Soleil est de 150 millions de kilomètres. Image du système Terre-Lune, prise par la sonde spatiale Mariner 10. La distance Terre-Lune est de 380 000 km

 

● Pourquoi les deux trajectoires ne sont-elles pas représentées à la même échelle?

 

● Recherche dans un dictionnaire la définition du mot satellite. Pourquoi la Lune est-elle appelée satellite naturel de la Terre?

 

II-Les phases de la Lune

● La Lune change d’aspect au cours d’un mois: Ces différents aspects constituent les phases de

la Lune. Comment les interpréter?

 

Expérience :

● Tu disposes d'une lampe représentant le Soleil et d'une balle de tennis figurant la Lune. Ta tête représente la Terre.

 

● Déplace la balle autour de toi. Observe la forme de la zone éclairée de la balle.

…………………………………………………………………………………………………

● Quel est l'aspect de la balle dans les positions CD ?

…………………………………………………………………………………………………

     

III-Les éclipses

● Lors d’une éclipse de Soleil en pleine journée le Soleil disparaît: il fait nuit pendant quelques minutes. Lors lune éclipse de Lunel en pleine nuit la Lune disparaÎt pendant plusieurs minutes. Comment interpréter les éclipses?

 

Expérience :

       Schéma   

 

 

 

 

 

     

La Terre est entre le Soleil et la Lune. La balle (Lune) n'est plus visible.  La Lune est entre le Soleil

et la Terre. On observe une ombre portée de la balle (Lune) sur le globe terrestre.

 

● Tu disposes d'une lampe représentant le Soleil et d'un globe terrestre figurant la Terre.

● Déplace, autour du globe et assez près de celui-ci, une balle de tennis qui représente la Lune

pour te retrouver dans les deux situations suivantes:

   - Le globe (Terre) est situé entre la lampe (Soleil) et la balle (Lune).

   - La balle (Lune) est située entre la lampe (Soleil) et le globe (Terre) .

● Laquelle de ces deux expériences modélise une éclipse de Soleil? Une éclipse de lune?

…………………………………………………………………………………………………

● Dans quelle phase se trouve la lune : Dans une éclipse de Soleil? Dans une éclipse de lune?

…………………………………………………………………………………………………

● Une éclipse de Soleil est-elle visible en tout point de la Terre? Et une éclipse de lune?

…………………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………………

 

 

Activités

 

SOLEIL - TERRE -LUNE

 

I - Vocabulaire.

Compléter le texte ci-dessous après avoir regardé la séquence vidéo n°1.

Un même jour, la Lune se lève ……………… et se couche ……………………., ce mouvement lié à la  …………………………………………………………. est appelé  …………………………………………………………………………………………..

Au fil des jours la Lune se déplace ………………………………………………, ce mouvement porte le nom de ……………………………………………………………

 

II - Étude des phases de la lune.

Après avoir regardé (à nouveau) la séquence vidéo n°1, compléter le tableau en :

- précisant à quelles phases principales de la Lune correspondent les positions 1, 2, 3 et 4 du schéma ci-dessous. Dans ce schéma les échelles ne sont pas respectées.

- dessinant l'aspect que la Lune présente à un observateur terrestre pour chacune de ces positions.

Position

Nom de la phase

Aspect de la lune

1

 

 

2

 

 

3

 

 

4

 

 

 

 

Nom de la phase

Aspect de la lune

En dehors des phases principales il existe quatre autres phases. Lesquelles ?

Répondre ci-contre.

 

La lune se trouve entre les positions 1 et 2.

 

 

 

Vérifier que l'aspect de la Lune est bien celui décrit par les schémas à l'aide du dispositif expérimental mis à votre disposition.

La lune se trouve entre les positions 2 et 3.

 

 

 

La durée qui sépare deux passages de la Lune par une même phase porte le nom de lunaison.

Déterminer à l'aide d'un calendrier la durée d'une lunaison.

La lune se trouve entre les positions 3 et 4.

 

 

 

 

 

La lune se trouve entre les positions 4 et 1.

 

 

 

 

 

III - Les éclipses.

Regarder la séquence vidéo n°2 puis répondre aux questions posées ci-dessous.

Éclipse de Lune

 

Qu’appelle-t-on éclipse de Lune ?

À quelle condition se produit-elle ?

À quel moment de la lunaison ?

Où se trouvent les gens qui peuvent observer cette éclipse ?

 

 

Éclipse de Soleil

 

Qu’appelle-t-on éclipse de Soleil ?

À quelle condition se produit-elle ?

À quel moment de la lunaison ?

Où se trouvent les gens qui peuvent observer cette éclipse ?

 

 

Utiliser le modèle du rayon de lumière pour compléter les schémas ci-dessous. Dans ces schémas les échelles ne sont pas respectées.

 

Regarder la séquence vidéo n°3. Puis répondre aux questions posées ci-dessous.

Pourquoi n’y a t il pas d’éclipse à chaque lunaison ?

…………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………

Pourquoi une éclipse de Soleil peut-elle être annulaire ou totale ?

…………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………

 

Recherche documentaire.

Rechercher les dates des prochaines éclipses visibles en France.

 


 

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