TP Dispersion de la lumière par le prisme et le réseau
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Thème : L’univers Chapitre 2: La lumière des étoiles 2nde TP1 : Comment observer les spectres des étoiles ? Compétences en sciences physiques vu en cours ou TP Compétences attendues : ce que je dois savoir (♥) ou savoir faire. code Commentaire éventuel (rajouté par l’élève) : Mon évaluation : Première présentation de l’Univers U5 Je sais qu’un corps chaud émet un rayonnement continu, dont les propriétés dépendent de la température. U7 Je sais utiliser un système dispersif pour visualiser des spectres d’émission et d’absorption et comparer ces spectres à celui de la lumière blanche. U9 Je sais interpréter le spectre de la lumière émise par une étoile : température de surface et entités chimiques présentes dans l’atmosphère de l’étoile. Compétences mathématiques vu (cours ou TP) Compétences attendues : ce que je dois savoir faire. code TM15 Commentaire éventuel (rajouté par l’élève) : Mon évaluation : Je sais schématiser correctement une situation donnée (verrerie, montage, manipulation). I. Décomposition de la lumière émise par un corps chaud. La lumière émise par une étoile transporte des informations sur cette étoile. Nous avons vu que certaines étoiles paraissaient colorées dans le ciel. Pour obtenir des informations sur la lumière émise par une étoile, il faut décomposer la lumière à l’aide d’un système dispersif : un prisme ou d’un réseau et faire apparaître son spectre. Vous allez découvrir son principe en décomposant la lumière émise par une lampe à incandescence. 1. Comment décomposer la lumière ? (U5,U7,U9,TM15) POSTE 1 : Dispersion de la lumière blanche par le prisme ( Expérience de Newton ) condenseur arête fente écran écran O A objectif source de lumière blanche O PRISME (PROJECTEUR DIAPOS.) base VUE de DESSUS VUE de FACE Retirer le prisme, brancher le projecteur et le mettre en marche. Former sur l’écran l’image de la fente éclairée par la source de lumière blanche du projecteur : Un trait vertical blanc doit apparaître sur l’écran en O (tourner l’objectif pour obtenir une image nette) ; Repérer au crayon la position du trait blanc. Placer le prisme dans le faisceau de lumière blanche (face triangulaire sur le support) et orienter le Prisme dans le faisceau de façon à obtenir une figure colorée la plus nette possible appelée spectre. Dessiner précisément la figure formée sur l’écran vue de face (contours, couleurs) avec le trait blanc. Questions : a. Quelle propriété de la lumière blanche met en évidence l’expérience de Newton ? La lumière blanche est composée de toutes les lumières colorées visibles. On dit que le prisme décompose la lumière : c’est un système dispersif. C’est le phénomène de dispersion de la lumière. b. Le faisceau est-il dévié vers la base du prisme ou vers l’arête opposée à sa base ? Le faisceau lumineux est dévié vers la base du prisme. c. La déviation est-elle la même pour toutes les couleurs ? Si non, quelle couleur est la plus déviée ? La déviation est différente selon les couleurs utilisées.la couleur la plus déviée est le violet. d. Déduire les tracés de 4 rayons (bleu, vert, jaune, rouge) depuis le point A jusqu’à l’écran vu de dessus. Voir le schéma e. Pourquoi dit-on que le spectre d’une lampe à incandescence est continu ? On dit que le spectre de la lumière d’une lampe à incandescence est continu car les couleurs se suivent sans interruptions POSTE 1 bis : Dispersion de la lumière blanche par le réseau (voir document) Retirer le prisme et déplacer l’écran de façon que le trait blanc (image de la fente) soit au centre de l’écran Placer le réseau dans le faisceau du projecteur de façon à obtenir sur l’écran une figure colorée la plus nette possible appelée spectre. Dessiner le spectre observé avec la position de l’image de la fente Question : a. Quelles différences y-a-t-il entre la dispersion du réseau et celle du prisme (Rédiger une ou deux phrases). Le prisme ne permet que d’observer un seul spectre alors que le réseau permet d’obtenir plusieurs spectres.les spectres du réseau sont symétriques par rapport à l’image de la fente. 2. Influence de la température du corps chaud sur le spectre .(U5) POSTE 2 : Spectre d’émission d’une lampe à incandescence en fonction de la température Observer la lumière émise par le filament incandescent à l’œil nu et à trave s le spectroscope de poche lorsque la température augmente . Pour cela augmenter progressivement la tension appliquée à la lampe en partant d’une très faible luminosité ; faire la même chose en partant d’une forte luminosité (agir sur le bouton de réglage de la tension du générateur). Quelle est la couleur du filament à basse température et la couleur du filament à haute température ? Reproduire les spectres observés, à basse et à haute température. basse température : Couleur de la lampe: orange haute température : Couleur de la lampe : blanche Questions : a. Le filament de la lampe est un corps chaud. De quoi dépend la lumière émise par un corps chaud ? La lumière est modifiée quand on agit sur la température du filament donc elle dépend de la température du corps chaud. b. Comment évolue la lumière émise par le filament lorsque sa température augmente ? La lumière passe de l’orange au blanc. c. Le spectre de la lumière émise par le filament s’enrichit vers quelle couleur lorsqu’on augmente sa température? Le spectre de la lumière s’enrichit en lumière violette. II. Spectre d’émission et d’absorption d’une espèce chimique. 1. Lumière émise par une espèce chimique. ((U5,U7,TM15) POSTE 3 : Spectre d’émission d’une lampe à vapeur d’atomes La fente d’entrée du spectroscope à prisme est placée devant différentes lampes ( on place un verre dépoli entre le spectroscope et la lampe ) .Pour chaque lampe : Noter la couleur observée à l’oeil nu Observer la lumière émise par la lampe à travers le spectroscope de poche Observer dans l’oculaire en le faisant pivoter pour « balayer » tout le spectre Reproduire le spectre. Lampe à vapeur de sodium : Couleur : jaune Lampe à vapeurs de Mercure ; couleur : blanc bleuté Lampe classique ; couleur : blanche. Questions : a. Les spectres des diverses lampes sont-ils identiques ? Non, ils sont différents. Certains contiennent des raies b. Pourquoi dit-on que le spectre est discontinu cette fois ? Le spectre est discontinu car il présente des interruptions. 2. Lumière absorbée par une espèce chimique. ( (U5,U7,TM15) POSTE 4 : Spectres d’absorption Deux solutions aqueuses colorées sont placées sur la vitre éclairée d’un rétroprojecteur. Un réseau placé sur l’objectif du rétroprojecteur disperse la lumière ayant traversé les solutions. Pour chaque solution, reproduire le spectre de la lumière ayant traversé la solution colorée et le spectre de la lumière ne l’ayant pas traversé : spectre de la lumière blanche spectre de la lumière blanche après traversée de la solution bleue de sulfate de cuivre spectre de la lumière blanche après traversée de la solution violette de permanganate de potassium spectre de la lumière blanche après traversée de la solution orange de dichromate de potassium Questions : a. Les spectres observés sont-ils identiques ? Qu’est-ce qui est responsable des parties absorbées dans les spectres ? Les bandes absorbées ne sont pas au même endroit.ce sont les solutions qui absorbent les parties du spectre. b. Pourquoi dit-on que le spectre est discontinu cette fois ? Les spectres sont interrompus par des bandes d’absorption III. Conclusion du TP : Observer le spectre du Soleil sur le tableau .Aidez-vous des observations faites dans ce TP pour tenter d’expliquer le spectre du Soleil. Réponse dans le cours !!
