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PHYSIQUE
SECONDE
THÈME UNIVERS
CHAPITRE I
DISPERSION DE LA LUMIÈRE – SPECTRES LUMINEUX
T P 13 P
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NOM : .............................. PRÉNOM : .......................... CLASSE : .................... DATE : .................................
I. DISPERSION DE LA LUMIÈRE BLANCHE
a) Introduction l’Expérience de Newton
En 1666, Isaac Newton fait ses premières expériences sur
la dispersion de la lumière. Pour se faire, il utilise un prisme en
verre et la lumière du soleil. Ayant à cet effet obscurci sa
chambre et fait un petit trou dans les volets, afin de laisser entrer
une quantité convenable de rayons du Soleil, il plaça le prisme
contre ce trou, pour réfracter les rayons sur le mur opposé.
Il observa alors que la lumière sortant du prisme s’étalait en une
multitude de faisceaux colorés, reproduisant les couleurs de l’arc-
en-ciel. Il examina chaque tâche de couleur et remarqua que la
« partie bleue » était plus déviée par le prisme que la « partie
rouge ».
C’est sur cette expérience que Newton s’appuie pour affirmer que
la lumière blanche est composée d’un ensemble de rayons colorés
et que le prisme dévie différemment ces rayons. Sa conclusion
était révolutionnaire : la couleur est dans la lumière et non dans
le verre!
b) Décomposition de la lumière à l’aide d’un prisme
Reconstituer l’expérience de Newton en utilisant à la place
de la lumière du soleil la lumière produite par une lampe à
incandescence à travers une fente, comme indiqué ci
contre.
Faire pivoter le prisme afin de trouver l’angle d’incidence
qui permettra de décomposer la lumière de la façon la plus
large
Vue de dessus du montage
La figure observée sur l’écran est appelé spectre de la lumière blanche
1) Décrire l’aspect du spectre obtenu
On observe sur l’écran une surface constituée de couleurs passant progressivement du rouge au violet sans
discontinuités. On retrouve toutes les couleurs observées dans un arc en ciel
2) Reproduire ci-dessous la succession des radiations colorées observées sur le spectre vu de face sur l’écran
(préciser les couleurs extrêmes)
3) Quelles sont les couleurs du rayon lumineux le plus dévié et le moins dévié, par rapport à la direction initiale du
rayon incident
Par rapport à la direction initiale du rayon lumineux de lumière blanche il apparaît que les rayons lumineux
violets sont les plus déviés alors que les rayons rouges sont les moins déviés
4) Observe t on toutes les couleurs ? Citez quelques unes d’entre elles :
Toutes les couleurs observées dans la nature ne sont pas toutes présentes dans le spectre de la lumière
blanche en effet on n’observe pas de rayon lumineux marron, ni rose , blanc etc
.............................................................................................................................................................................
5) A quel phénomène est soumis le rayon incident et combien de fois
Le phénomène physique qui se produit pour chaque traversée des deux faces du prisme est le phénomène de
réfraction de la lumière
6) Reproduire les trajets des rayons lumineux rouge , vert et violet (cliquer sur cette animation pour vous aider)
7) Observer sur cette animation la première réfraction de la lumière lors du passage de la lumière blanche de l’air
au prisme
Comparer les valeurs des angles de réfraction du rayon rouge rR du rayon vert rV et du rayon bleu rB
Que peut-on affirmer
Les rayons rouges verts et bleus sont réfractés de façon différentes les angles de réfractions correspondant
sont différents
Rouge
Violet
Orange
jaune
Bleu
Vert
indigo

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8) Origine de la dispersion de la lumière par un prisme
On s’intéresse à la première réfraction air/verre
On rappelle que la loi de la réfraction vu au chapitre précédent
dans le cas où le premier milieu est l’air
nair =1,0 peut s’écrire : sin(i) = n2.sin(r)
a. Dans la première réfraction
exprimer sin(r) en fonction de sin(i) pour chacun des
rayons colorés rouge vert et bleu présent dans le rayon
incident de lumière blanche,
sin(rR) = sin(iR)
n2
sin(rV) = sin(iV)
n2
sin(rB) = sin(iB)
n2
b. que peut on dire des angles d’incidence iR ;iV et iB des rayons rouge vert et bleu présents dans le rayon
de lumière blanche incident
Les rayons incidents rouge vert et bleu, se confondent dans le rayon incident de lumière blanche et donc
iR =iV= iR = i
c. et quelle conséquence entraînerait cette remarque sur les angles de réfraction rR ;rV et rB
Comme iR =iV= iR = i alors d’après les relations sin(rR) = sin(iR)
n2; sin(rV) = sin(iV) n2et sin(rB) = sin(iB) n2 seraient des
quantités égales et par conséquent : rR ;rV et rB aussi .Bref, la lumière blanche ne serait pas décomposée
d. Est-ce conforme à vos observations : l’angle de réfraction est il indépendant de la couleur du rayon
lumineux ?
Ce n’est pas conforme aux observations les rayons lumineux de couleurs différentes sont déviées de façon
différente
e. A quelle condition les expressions de la question 8 donneraient des valeurs différentes pour les sinus
des angles de réfraction conformément à vos observations ?
Pour que ces expressions aient des valeurs différentes les numérateurs étant identiques il faut que les
dénominateurs diffèrent selon la couleur du rayon lumineux considéré
L’indice de réfraction du verre constituant le prisme a des valeurs différentes selon la couleur du rayon lumineux
considéré
f. Conclure en définissant ce qu’est un milieu dispersif (milieu capable de séparer
les radiations lumineuses présentes dans un rayon lumineux)s
Un milieu dispersif est un milieu transparent dont l’indice de réfraction dépend de la
couleur de la radiation lumineuse qui le traverse
Ainsi pour chaque radiation colorée présente dans la lumière blanche il correspond un
indice de réfraction différent
9) Pourquoi dit-on que la lumière blanche est polychromatique ? Expliquer ce terme
L’expérience de Newton montre que la lumière blanche est constituée d’une infinité de radiations lumineuses
allant du rouge au violet. Une lumière blanche est une lumière renfermant plusieurs radiations colorées
10) Une source laser est constituée d’une lumière monochromatique qu’est ce que cela signifie ?
À l’inverse une lumière monochromatique est une lumière qui ne renferme qu’une seule radiation lumineuse
11) Reproduire à l’aide de l’animation du site ostralo.net le trajet suivi par la lumière monochromatique
d’un laser à travers le prisme ainsi que l’aspect du spectre observé (rappel les spectres sont observés dans
l’obscurité)
La lumière produite par un laser ne peut pas être décomposée car elle est mono chromatique son spectre se
réduit à une seule raie colorée sur un fond noir
Laser vert
rouge
violet
Spectre observé vu de face sur l’écran

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c) Décomposition de la lumière à l’aide d’un réseau de diffraction
Un réseau est une surface transparente comportant un très grand nombre de traits parallèles alternativement
opaques et transparents et très rapprochés ( ex : 500 traits/mm).
Un réseau est très fragile, il faut le manipuler sans mettre les doigts dessus.
Placer le réseau de diffraction devant la fente en utilisant les deux rainure de la lanterne tel qu’il est indiqué sur la
figure ci-dessous en veillant à ce que les traits du réseau soit dans la même direction que la fente(le sens des traits
apparaît sur le cadre du réseau)
1) Quelle est l’aspect la figure observée sur l’écran obtenu
On observe des spectres multiples disposés symétriquement par rapport à la direction initiale du faisceau
lumineux de lumière blanche
Ces spectres sont d’autant plus large et moins lumineux qu’ils sont éloignés de la direction initiale du faisceau
de lumière blanche
2) Reproduire sur la figure ci-dessous, l’aspect des spectres observés de face sur l’écran
3) Faire apparaître sur la vue de dessus du montage les trajets des radiations violette verte et bleu issue du
réseau de diffraction
4) Quelles sont les radiations
a. les plus déviées rapport à la direction initiale du faisceau lumineux ?
les radiations rouges s’écartent le plus de la direction initiale du faisceau incident de lumière blanche
b. les moins déviée par rapport à la direction initiale du faisceau lumineux ?
les radiations violettes sont celles qui sont les moins déviées
5) Que représente la figure centrale observée sur l’écran ?
La figure centrale correspond à l’image de la fente elle est constituées de lumière blanche
6) Comment s’est elle formée ?
Cette tache est formée par la lumière qui n’a pas été décomposée elle apparait donc blanche
7) Comparer l’étendu des spectres obtenus sur l’écran par rapport à celui obtenu à l’aide du prisme
Le spectre de la lumière blanche obtenu avec un réseau de diffraction est beaucoup plus étendu(étalé) et
lumineux que celui obtenu avec un prisme
8) Quel est du prisme ou du réseau le dispositif le plus dispersif ?
Le spectre obtenu avec le réseau de diffraction étant plus étalé que l’on obtient avec un prisme, il décompose
davantage la lumière incidente.
Un réseau de diffraction est un dispositif plus dispersif que le prisme
9) Conclusion
Quel intérêt trouve l’astrophysicien dans l’utilisation d’un système dispersif réseau ou prisme pour l’exploration
de l’univers ?
L’utilisation d’un système dispersif permet à l’astrophysicien d’analyser la lumière émise par un objet de
l’univers
II. Les différents types de spectre
Vous disposez sur votre paillasse du matériel suivant : une lampe à incandescence, des lampes spectrales (au
bureau), des filtres colorés, un spectroscope de poche( spectroscope à réseau)
La possibilité d’accéder à l’internet pour vos recherches et pour observer spectres d'émission et d'absorption d'un
élément chimique (une animation en flash)
Dans la littérature scientifique, il est fait mention de
- spectres continus
- de spectres de bande absorption
-,de spectres de raies
- de spectres d'absorption
- de spectre d'émission.
Aspect de la figure observée de face sur l’écran
Radiation
Rouge..
Radiation
Violet
Radiation
Rouge..
Radiation
Violet
On observe un grand nombre de spectres
symétriquement disposés par rapport à la direction
initalle du maiscau
Vue de dessus du montage
Radiation
:……..
Radiation
:……..

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a) Observer ces différents types de spectres
Pour chacun d'eux décrire l'expérience que vous avez réalisée et représenter le spectre obtenu
1) Spectre continu
Montage
Ce montage permet de décomposer la lumière produite par la
source de lumière : c’est un spectre d’émission
Source thermique de lumière :
dispositif qui produit de la lumière par échauffement d’un corps
(métallique le plus souvent)
Dans la lampe à incandescence c’est le filament de la lampe qui
s’échauffe par le passage du courant électrique
Spectre continu d’émission
Un spectre continu est constitué d’une infinité de
radiations lumineuses. Sur l’écran on observe une
zone colorée passant progressivement du violet au
rouge sans discontinuité.
À savoir :
Toutes les sources thermiques produisent une
lumière dont le spectre est continu
Une lumière blanche :
C’est une lumière constituée de toutes les
radiations lumineuses
2) Spectre de raies d’émission lampe spectrale (à vapeur de
mercure)
a) Description
Une lampe à décharge est constituée d’un gaz sous basse
pression emprisonné dans une ampoule de verre aux extrémités de
laquelle deux électrodes soumettent ce gaz à des décharges
électriques périodiques.
Ce type de lampe ne contient pas de filament.
b) Production de la lumière :
Les atomes du gaz soumis à ces décharges électriques se trouvent
dans un état instable dit « excité » (les atomes absorbent de
l’énergie)
Quand ces atomes retrouvent leur état fondamental (état normal)
ils libèrent cette énergie sous forme de lumière.
Spectroscope à prisme
Remarque :
Le spectre à été observé à l’aide d’un spectroscope à prisme ; avec
ce dispositif le spectre n’est pas projeté sur un écran mais observé
à l’aide d’un oculaire
Constitution d’une lampe à décharge
Figure observée pour une lampe à décharge à
vapeurs de mercure
Électrode
Gaz sous basse pression
Électrode
Décharges
électriques
Production
de
Lumière
Violet
rouge
Spectre observé
OU
Système dispersif
prisme ou réseau
Lampe à
incandescence
ou source
thermique
fente
écran

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Montage
Ce montage permet de décomposer la lumière produite par la
lampe à décharge : c’est un spectre d’émission
Tout comme les codes barres des articles dans un supermarché
À chaque article correspond un seul code barre qui lui est
spécifique
À savoir :
À chaque élément chimique correspond un seul spectre de raies
d’émission qui lui est spécifique
Spectre de raies d’émission
a) Cas de la lampe à vapeur de mercure
Le spectre est formé de raies fines colorées sur un
fond sombre
Les régions sombres correspondent à des
radiations lumineuses absentes de la lumière
produite par la lampe spectrale
b) Cas d’une lampe à vapeur de sodium
L’observation du spectre d’une lampe à vapeur de
sodium montre un spectre constitué d’une raie
jaune
(qui en fait est constitué de deux raies jaunes très
proches)
Un gaz excité sous basse pression produit de la
lumière dont le spectre d’émission est constitué
d’un nombre limité de radiations lumineuses de
fréquences déterminées.
Le spectre de raie d’émission est caractéristique de
l’élément chimique présent dans le gaz de la
lampe. Voir ci contre
3) Spectre de bande d’absorption
Montage
Pour réaliser un spectre d’absorption il suffit de décomposer la
lumière transmise par un objet transparent qui est éclairé par une
lumière blanche à l’aide d’un système dispersif
On interpose entre la fente et le système dispersif un objet
transparent
À savoir : Le spectre d’absorption d’un liquide ou d’un solide est un
spectre de bande d’absorptions. Les radiations du spectre de la
lumière blanche qui n’apparaissent pas (régions sombres) sont
absorbées par l’objet.
Cas d’un liquide : solution de permanganate de
potassium (rose violet)
Le spectre est n’est pas continu. On observe des
régions (bandes) sombres plus ou moins larges
séparent les régions colorées du spectre de la
lumière blanche qui éclaire l’objet transparent.
Cas d’un solide : filtre coloré jaune)
Les régions sombres du spectre observé diffèrent
selon la nature chimique de l’objet
Violet
rouge
Spectre observé
ou
Source de
lumière
blanche
Lumière
blanche
Lumière
transmise
OU
Système dispersif
prisme ou réseau
Lampe à
spectrale
Violet
rouge
Spectre observé
Violet
rouge
Spectre observé