UAA7 - enseignement Catholique
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HPT Formation scientifique UAA7 Conseils didactiques Les lentilles nous aident à observer En 3ème secondaire, dans le cadre de l’UAA2, les élèves avaient été initiés à la propagation rectiligne de la lumière, ainsi qu’aux conditions de visibilité d’un objet. A présent, ils vont découvrir que les changements de milieu de propagation peuvent influencer la direction de propagation de la lumière, et que les lentilles sont spécialement conçues pour dévier la lumière de manière coordonnée. Toutefois, les élèves pensent souvent qu’une lentille fait voyager l’image d’un endroit à un autre. En particulier, ils s’imaginent parfois que l’écran peut être placé n’importe où derrière la lentille pour capter l’image d’un objet, et qu’un cache au milieu de la lentille fait apparaître un trou au milieu de l’image. Par contre, certains pensent que sans écran, il est impossible de voir l’image… ou, au contraire, qu’il est possible de la voir de partout. Les élèves pensent souvent qu’une image est nécessairement réelle, elle doit pouvoir être captée sur un écran. Ainsi une loupe ne forme pas une image de l’objet, elle permet juste de « le voir en plus grand ». A l’occasion de l’étude des couleurs dans l’UAA2, les élèves avaient peut-être déjà été sensibilisés à la grande capacité de l’œil à repérer des contrastes d’objets juxtaposés, voire à en augmenter l’impression. Ce phénomène est à l’origine de nombreuses illusions d’optique, d’autres étant dues au traitement du signal provenant de l’œil par le cerveau. La plupart des élèves ont des difficultés à se représenter correctement le fonctionnement de l’œil. Ainsi, ils pensent souvent que le cristallin joue le rôle d’une loupe. Développements attendus Comparer et trier quelques lentilles par diverses méthodes (A1). (P) L’élève choisit et met en œuvre un dispositif permettant de comparer et de trier des lentilles. (TQ) L’élève imagine et met en œuvre un dispositif permettant de comparer et de trier des lentilles. Différencier l’effet d’une lentille divergente de celui d’une lentille divergente (C1). (P) L’élève schématise la propriété de convergence ou de divergence d’un faisceau parallèle après son passage dans une lentille. (TQ) L’élève schématise et énonce la propriété de convergence ou de divergence d’un faisceau parallèle après son passage dans une lentille. Identifier et décrire le rôle des différentes parties de l’œil dans le mécanisme de la vision (C2). Sur base du schéma d’un œil humain, l’élève précise le rôle de la paupière, du cristallin, de la pupille et de la rétine. Utiliser un dispositif pour modéliser le fonctionnement de l’œil normal, myope et hypermétrope (A2), ainsi que la correction de ces défauts (T1). (P) A l’aide d’un dispositif expérimental donné par le professeur, l’élève rend compte du fonctionnement normal, myope et hypermétrope de l’œil, ainsi que des procédés utilisés pour corriger ces défauts. HPT UAA7 CD 160811 1 (TQ) A l’aide d’un dispositif expérimental imaginé ou sélectionné par l’élève, celui-ci rend compte du fonctionnement normal, myope et hypermétrope de l’œil, ainsi que des procédés utilisés pour corriger ces défauts. Extraire d’un document les informations montrant des applications des lentilles dans la vie courante (T2). L’élève extrait d’un document les informations montrant des applications des lentilles dans la vie courante. Exemples de situations d’apprentissages Imaginer et mettre en œuvre différentes expériences permettant de comparer des lentilles variées (Voir fiche d’expérience « Comparer des lentilles ») → C1, A1. Utiliser une source lumineuse laser multifaisceaux et des coupes de lentilles de démonstration pour mettre en évidence les changements de trajectoire des faisceaux de lumière traversant des lentilles convergentes ou divergentes → C1. Utiliser un banc d’optique pour observer la formation des images à l’aide d’une lentille convergente et l’impossibilité de le faire avec une lentille divergente → C1, A1. Extraire d’un document les informations permettant de légender un schéma en coupe de l’œil → C2. Fabriquer un modèle de l’œil à partir d’objets du quotidien (Voir fiche technique « Fabriquer un modèle de l’œil ») → C1, C2. Utiliser un banc d’optique ou un modèle de l’œil pour modéliser le fonctionnement de l’œil, ses défauts et la correction de ceux-ci à l’aide de lentilles (Voir fiche d’expérience « Le fonctionnement de l’œil ») → A2, T1. Mener une investigation permettant de modéliser l’œil humain comme un système optique simple, les défauts de l’œil en termes de distance de focalisation, et l’effet des verres correcteurs sur l’œil myope ou hypermétrope. (Voir fiche d’investigation « Lunettes ou pas lunettes, quelle différence ? ») → C1, C2, A1, A2, T1. Proposer des expériences permettant d’évaluer son champ de vision dans différentes circonstances (vision diurne, vision nocturne, transition entre les deux, profondeur de champ…) et établir le lien avec le fonctionnement de l’œil. → C2, A2, T1. Notions mises en place On distingue deux grands types de lentilles : les lentilles à bords minces et les lentilles à bords épais. Lorsqu’un faisceau de lumière parallèle traverse une lentille à bords minces, il converge vers un point situé derrière la lentille (c’est pourquoi les lentilles à bords minces sont aussi appelées lentilles convergentes). L’effet de convergence est plus important lorsque la lentille est fortement bombée. Lorsqu’un faisceau de lumière parallèle traverse une lentille à bords épais, il diverge comme à partir d’un point situé devant la lentille (c’est pourquoi les lentilles à bords minces sont aussi appelées lentilles divergentes). L’effet de divergence est plus important lorsque la lentille est fortement bombée. Lorsque l’on observe un objet à l’aide d’une lentille convergente placé juste devant celui-ci, son image est plus grande que l’objet. Lorsqu’on observe l’objet de la même façon à l’aide d’une lentille divergente, son image est plus petite que l’objet. Les lentilles convergentes permettent de former l’image d’un objet, pourvu qu’il soit suffisamment éloigné, sur un écran. Les lentilles divergentes ne permettent pas de former d’image sur un écran, quelle que soit la distance entre celui-ci et la lentille. Dans un œil sain, l’image se forme sur la rétine. Dans l’œil myope, l’image se forme en avant de la rétine ; ce problème peut être corrigé à l’aide d’une lentille divergente. Dans l’œil hypermétrope, l’image se forme en arrière de la rétine ; ce problème peut être corrigé à l’aide d’une lentille convergente. Remarques pour le professeur Faut-il aborder la notion de distance focale ? HPT UAA7 CD 160811 2 xxx. Faut-il parler de la distinction entre images réelles et images virtuelles ? xxx. Faut-il parler de l’accommodation ? Bien que l’accommodation ne figure pas parmi les attendus de cette UAA, il ne semble pas inopportun de l’aborder pour rendre compte de manière satisfaisante du comportement de l’œil humain. (…) Jusqu’où simplifier la structure de l’œil ? Bien Liens avec les autres disciplines, liens avec la vie courante xxx Ressources1 Les mallettes didactiques « Photonics Explorer » : http://www.eyest.eu/Programs/PhotonicsExplorer d’expériences d’optique Un logiciel de simulation edu.net/physique/optikos/optikos.htm Histoire d’y voir clair ! La science qui se vit, une démarche méthodologique pratiquée dans l’enseignement fondamental à propos de la vision et des instruments d’optique. http://www.hypothese.be/Documents/Brochures/BrochureOptique.pdf 1 : http://www.sciences- Pages visitées le xxx HPT UAA7 CD 160811 3
