activ doc lumiere coloree
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Niveau : Première S Thème : Observer Sous-thème : Sources de lumière colorée LUMIERE COLOREE Notions et Contenus : Lumière colorée Prérequis Séance 1 : Corps noir, loi de Wien Séance 2 (durée 2 h) : Activité expérimentale, notion de lumière colorée 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 Pratiquer une démarche expérimentale permettant d’illustrer et de comprendre la notion de lumière colorée. Utiliser les TUIC spécifiques Objectifs transversaux Connaissances 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 tableurgrapheur. Capacités disciplinaires Compétences attendues Capacités expérimentales Capacités transversales 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). Compétences travaillées. 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. Réaliser / Tracer une courbe à l’aide d’un tableur grapheur Raisonner Exploiter une courbe / Compétences travaillées. 3. Utiliser la loi de Wien ( max T 2,898 10 3 m.K ), 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. Raisonner Exploiter une courbe Vérifier la cohérence des résultats attendus Expliquer et interpréter des résultats expérimentaux. Longueur d’onde (nm) Puissances rayonnées ( 1013 SI) 200 28 Soleil 300 0,32 325 0,76 350 1,60 375 2,06 400 Etoile « chaude » 41 Etoile « froide » 0,0006 38 33 0,007 420 3,53 450 3,70 470 3,71 500 3,62 23 550 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 27 0 ,026 1400 0,075 1600 0,060 1800 0,047 2000 0,037 2500 0,021 / 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. “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”. Compétences travaillées. 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. S’informer / Extraire l’information Exploiter l’information Raisonner Interpréter des graphes / 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 : Compétences travaillées. 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 tableur/grapheur puis tracer représentation graphique de transmittance de la solution en fonction la longueur d’onde. un la la de Réaliser Utiliser un appareil de mesure. Suivre les consignes d’utilisation d’un appareil. Tracer une courbe à l’aide d’un tableur grapheur. 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). / Raisonner Confronter des propositions à un modèle. Expliquer et interpréter des résultats expérimentaux. Expliquer. Rendre de la démarche suivie. En conclusion : Comment expliquer la couleur de la lumière après traversée de ces solutions ? /
