activ doc lumiere coloree

Niveau :
Première S
Thème :
Observer
Sous-thème :
Sources de lumière colorée
LUMIERE COLOREE
Notions et Contenus :
Lumière colorée
Séance 1 : Corps noir, loi de Wien
Séance 2 (durée 2 h) : Activité expérimentale,
notion de lumière colorée
Prérequis
 Savoir qu'une longueur d'onde dans le vide est caractéristique d'une radiation
monochromatique.
 Connaître les limites du domaine visible.
 Connaître le spectre de la lumière blanche.
Objectifs
Objectifs
spécifiques
Objectifs transversaux
 Pratiquer une démarche expérimentale
permettant d’illustrer et de comprendre la
notion de lumière colorée.
 Utiliser les TUIC
Compétences
attendues
Connaissances
Capacités disciplinaires
Capacités expérimentales
Capacités transversales
 Interprétation et exploitation de la loi de Wien.
 Mettre en œuvre un protocole permettant
d’établir un lien entre le spectre et la couleur
de la lumière.
 Expliquer et interpréter des résultats
expérimentaux.
 Utiliser un spectrophotomètre.
 Tracer une courbe à l'aide d'un tableur-
grapheur.
 Extraire l'information
 Exploiter l'information
 Faire une synthèse
Obstacles
prévisibles
Réinvestissement
 Effectuer une mesure à l'aide d'un spectrophotomètre (Matières colorées :
dosage de solutions colorées par étalonnage, loi de Beer-Lambert)

Des étoiles aux solutions colorées en passant par les salles de spectacles
Trois activités pour illustrer et comprendre la notion de lumière colorée.
Données :
Spectre de la lumière blanche :
Activité 1 : La couleur des étoiles
Lorsque l’on observe le ciel par une nuit sombre et sans Lune
les étoiles nous apparaissent dans un premier temps comme
blanches.
Mais si l’on s’attarde un peu, si on laisse le temps à l’œil pour
s’habituer à l’obscurité, on peut se rendre compte que certaines étoiles
nous apparaissent bleues (Rigel par exemple, dans la constellation
d’Orion, est une supergéante bleue), ou rouges (Betelgeuse, toujours
dans la constellation d’Orion, est une supergéante rouge).
Comment expliquer ces couleurs ?
Dans le tableau page suivante, on donne la puissance
lumineuse rayonnée par une étoile « chaude » à 10000 K,
par une étoile « froide » à 5000 K et par le Soleil.
1. En utilisant un tableur/grapheur, tracer sur un même
graphe la courbe représentant la puissance
rayonnée en fonction de la longueur d’onde du
rayonnement pour chacune des étoiles.
2. Déterminer, pour chaque courbe, la longueur d’onde
correspondant au maximum de puissance rayonnée.
Compétences travaillées.
Réaliser
/
Tracer une courbe à l’aide
d’un tableur grapheur
Raisonner
/
Exploiter une courbe

3. Utiliser la loi de Wien (
K.m10898,2T 3
max 
),
pour déterminer la température du corps noir
correspondant à ce maximum (on assimilera les
étoiles à un corps noir).
4. Expliquer la couleur apparente de chacune des
étoiles ?
5. Conclure en généralisant à propos de la couleur de
toute étoile et de son énergie rayonnée.
Longueur
d’onde
(nm)
Puissances rayonnées ( 1013 SI)
Soleil
Etoile
« chaude »
Etoile
« froide »
200
28
300
0,32
41
0,0006
325
0,76
350
1,60
38
375
2,06
400
33
0,007
420
3,53
450
3,70
27
470
3,71
500
3,62
23
0 ,026
550
3,35
19
600
3,01
15
0,052
700
2,17
10
0,075
800
1,59
7
0,091
1000
0,99
0,099
1100
0,79
0,096
1200
0,65
0,090
1400
0,075
1600
0,060
1800
0,047
2000
0,037
2500
0,021
Compétences travaillées.
Raisonner
/
Exploiter une courbe
Vérifier la cohérence des
résultats attendus
Expliquer et interpréter des
résultats expérimentaux.

Compétences travaillées.
S’informer
/
Extraire l’information
Exploiter l’information
Raisonner
/
Interpréter des graphes
“The spectral chart illustrates the percentage of light
transmitted by each filter at wavelenghts across the visible
portion of the electromagnetic spectrum. The opposite
illustration clearly shows the visible colours at these
wavelengths. The colour sample of each filter shows an
approximate representation of the colour when tungsten
light of 3200 K is shone through the filter onto a surface”.
Activité 2 : Lumières colorées et spectacles
Dans les salles de spectacle, afin de choisir la couleur de la lumière des projecteurs, le régisseur
utilise des « gélatines » colorées.
Sur Internet, on peut trouver le type d'informations qui suit concernant des gélatines colorées.
.
:
A partir de ces informations :
1. Comment est qualifié le spectre de la lumière
avant la traversée de la gélatine ?
2. Quel est l’effet de la gélatine colorée sur la
lumière ?
3. Commenter chacun des spectres obtenus à partir
de chaque gélatine colorée.

Une application :
Associer les couleurs perçues aux spectres suivants :
Activité 3 : Couleur de la lumière après la traversée d’une solution colorée.
Un spectrophotomètre est un appareil permettant de mesurer l’intensité de la lumière absorbée ou
transmise par une solution pour des longueurs d’ondes données.
Le détail de fonctionnement de l’appareil n'est pas nécessaire pour le travail qui suit. Le
spectrophotomètre est utilisé pour mesurer l’intensité de la lumière transmise par des solutions colorées
de sulfate de cuivre, de permanganate de potassium et de diiode. Pour chaque solution colorée on
obtient alors le spectre de la lumière après traversée de la solution.
Choisir l’une des trois solutions :
1. Procéder à l’étalonnage du
spectrophotomètre puis mesurer l’intensité
de la lumière transmise (grandeur appelée
transmittance et notée T) pour la solution
choisie en fonction de la longueur d’onde.
2. Rentrer les mesures sur un
tableur/grapheur puis tracer la
représentation graphique de la
transmittance de la solution en fonction de
la longueur d’onde.
3. Commenter l’allure du spectre obtenu pour
la solution étudiée.
4. Mettre en commun les spectres obtenus
pour les trois solutions (solutions de sulfate
de cuivre, de permanganate de potassium
et de diiode).
En conclusion : Comment expliquer la couleur de la lumière après traversée de ces solutions ?
Compétences travaillées.
Réaliser
/
Utiliser un appareil de mesure.
Suivre les consignes d’utilisation
d’un appareil.
Tracer une courbe à l’aide d’un
tableur grapheur.
Raisonner
/
Confronter des propositions à un
modèle.
Expliquer et interpréter des résultats
expérimentaux.
Expliquer.
Rendre de la démarche suivie.