File - Sciences 8 - l`optique

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Sciences 8
Module 3
La lumière et les systèmes optiques
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Quelle est la nature de la lumière ?
Vidéo – BBC Light
Fantastic 1
Empédocle
Il y a près de 2000 ans, en Sicile, des philosophes grecs se questionnent
sur la nature de la lumière.
L’un de ces philosophes se nommait
Empédocle. Il croyait que la vision fonctionnait de cette façon :
On pourrait dire que selon cette théorie, nos yeux fonctionnent comme une lampe de
poche.
À la suite du travail d’Empédocle, le mathématicien grec, Euclide, un
maitre de la géométrie, se posa ensuite la question suivante : « Pour
un observateur quelconque, pourquoi les objets, qui sont loin de lui,
paraissent-ils si petits à comparaison aux objets qui sont proches de
lui ? »
Quelle est la réponse à la question ci haut et quelle nouvelle découverte a-t-on fait à
propos de la nature de la lumière ?
Dessine un schéma qui démontre cette
découverte.
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AlHazen
AlHazen était un scientifique et mathématicien arabe qui a apporté une
nouvelle compréhension de la nature de la lumière. Selon lui, la lumière…
Fais un schéma de la théorie d’AlHazen et inclus une courte description.
Les difficultés d’expliquer la nature de la lumière
En général, pourquoi était-il difficile d’expliquer la nature de la lumière ? Trouve un
minimum de trois raisons.
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Comment décrit-on la vision ?
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La propagation de la lumière
Rayon de lumière : La lumière voyage en ligne droite sous forme d’ondes.
Un rayon est une ligne imaginaire qui montre la direction dans laquelle un
faisceau lumière voyage. On le représente par une flèche droite qui
indique la direction de l’onde.
Faisceaux de lumière : Une source de lumière émet en général de la lumière dans
plusieurs directions. L'ensemble des rayons de lumières correspond alors à un
faisceau de lumière.
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Lampe de poche
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La lumière sur différentes surfaces
1. Les ondes peuvent passer à travers des matières transparentes. Elles sont
transmises.
Exemples : ______________________________________________________
2. Les ondes ne peuvent pas passer à travers des matières opaques. Elles
peuvent être réfléchies ou absorbées.
Exemples : ______________________________________________________
3. Les ondes peuvent passer partiellement à travers des matières translucides.
Elles sont transmises et absorbées et réfléchies.
Exemples : ______________________________________________________
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La réflexion de la lumière
La réflexion : ____________________________________________________________________
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Surface plane : Une surface, comme un miroir plan (plat), qui réfléchie la lumière
d’une façon uniforme.
a) rayon incident : Le rayon de lumière qui frappe une surface
b) rayon réfléchi : Le rayon de lumière qui est renvoyé dans une direction par la
surface
n) la normale : Une ligne qui est perpendiculaire (à 90 degrés) de la surface
réfléchissante.
i) l’angle d’incidence : L’angle formé entre le rayon incident et la ligne normale.
r) l’angle de réflexion : L’angle formé entre la ligne normale et le rayon réfléchi.
La loi de réflexion : L’angle de réflexion est égal à l’angle d’incidence par rapport
à la normale.
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La réfraction
Réfraction : La réfraction est la déviation que subit la lumière lorsqu’elle passe à
travers d’une matière à une autre. La lumière dévie car elle change de vitesse
lorsqu’elle traverse des matières de masses volumiques différentes. En règle
générale, plus la masse volumique est grande, plus la lumière ralentit. Il y a par
contre, des exceptions comme si l’on compare l’eau et l’huile.
Règle de réfraction : lorsque la lumière passe
a. de faible à forte masse volumique, le rayon réfracté dévie en direction
de la normale (vers la normale). La nouvelle direction de la lumière est
l’angle de réfraction (R).
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b. de forte à faible masse volumique, le rayon réfracté dévie en direction
opposée de la normale (s’éloigne de la normale). La nouvelle direction de
la lumière est l’angle de réfraction (R).
Les mirages : La lumière peut être réfractée par
l’air d’une température différente.
Vu que la
masse volumique de l’air diminue lorsqu’elle est
réchauffée, la lumière venant de l’air plus froide
est réfractée par l’air plus chaude et cause un
mirage.
Quelle est la différence entre la réflexion et la réfraction? ___________________________
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Les types de lentilles
Lentille : Une lentille est un morceau incurvé de matière transparente comme le
verre ou le plastique. La lumière est réfractée lorsqu’elle traverse une lentille.
1) La lentille biconcave (divergente) :
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Ce type de lentille rend l’objet observé plus petit mais te permet de voir une plus grande région.
2) La lentille biconvexe (convergente) :
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Ce type de lentille cause une augmentation de la taille de l’objet observé.
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L’œil L’œil humain comprend une lentille biconvexe appelée cristallin.
Les parties de l’œil :
La pupille : ________________________________________________________________________
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L’iris : _____________________________________________________________________________
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Le cristallin : ______________________________________________________________________
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La rétine : ________________________________________________________________________
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Le nerf optique : __________________________________________________________________
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La cornée : ________________________________________________________________________
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La tache aveugle : _________________________________________________________________
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Muscle ciliaire : ___________________________________________________________________
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La fovéa : _________________________________________________________________________
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Comment se compare l’œil humain (l’œil mammifère) aux autres types de yeux
dans le règne animal ?
Cristallin : Une lentille biconvexe dans l’œil humain.
Le cristallin est capable de
faire la mise au point sur les objets éloignés ou rapprochés en changeant de forme.
La lumière doit toujours être dirigé sur la fovéa.
La lumière d’un objet éloigné
La lumière d’un objet
rapproché
Des problèmes de vision :
a. L’hypermétropie : L’image se forme derrière la rétine parce que l’œil est
trop court. Corrigé avec une lentille biconvexe. Les gens hypermétropes
ont de la difficulté à voir les objets rapprochés.
b. La myopie : L’image se forme devant la rétine parce que l’œil est trop
long.
Corrigé avec une lentille biconcave.
Les gens myopes o nt la
difficulté de voir des objets éloignés.
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Grâce à plusieurs inventions, nous pouvons améliorer notre vision. Nous pouvons
observer le monde infiniment petit des microorganismes et l’univers infiniment grand
de l’espace.
Les télescopes :
Télescopes réfracteurs :
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Télescopes réflecteurs :
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Les jumelles :
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Questions importantes
1. Quelle est la fonction de l’objectif dans un télescope ?
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2. Quelle est la fonction de l’oculaire d’un télescope ?
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3. Quel rôle les prismes jouent-ils dans des jumelles?
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4. Comment des systèmes optiques comme le microscope et le télescope ont-ils
contribué à l’acquisition de connaissances scientifiques? Donnes-en quelques
exemples.
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Chirurgie oculaire : Il y a plusieurs conditions qui
peuvent causer des troubles de vision et qui
peuvent être corrigées avec une chirurgie oculaire.
Dans le cas de la cataracte, le cristallin devient
embrouillé et il peut être remplacé par un cristallin
artificiel.
Les glaucomes peuvent affecter le nerf
optique et la vision; ceux-ci peuvent également être
corrigés par une chirurgie.
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