Leçon sources de lumière colorées

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THÈME
OBSERVER, Couleurs et images
Sous-thème
Sources de lumière colorée
Chapitre 4 : Sources de lumière colorée
Objectifs :
- Présenter différentes sources de lumière.
- Situer le domaine des ondes électromagnétiques du visible.
- Exploiter la loi de Wien dans le cas des corps chauffés.

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Situation de la leçon dans la progression de la classe de 1S
LES PRÉREQUIS
Niveau
Partie
Au Collège en
4ème:
Partie 3 : La lumière
Lumières colorées et couleurs des objets, Formation des images par les lentilles, L’œil et la vision, La vitesse de la lumière.
En classe de
Seconde
Partie 1 : L’Univers
La lumière des étoiles (Notion de lumière monochromatique et polychromatique, lumière émise par un corps chaud et sa
décomposition spectrale, spectre d’émission et d’absorption d’une entité chimique, ainsi que les informations que l’on peut extraire
de l’analyse spectrale de la lumière émise par une étoile).
Réfraction et dispersion de l’atmosphère : les élèves connaissent les phénomènes qui se produisent quand la lumière traverse les
phénomènes terrestres.
Compétence
Savoir repérer dans un spectre d’émission ou d’absorption une radiation caractéristique d’une entité chimique
Utiliser un système dispersif pour visualiser des spectres d’émission et d’absorption et comparer ces spectres à celui de la lumière
blanche
Interpréter le spectre de la lumière émise par une étoile (température de surface et entités chimiques présentes dans l’atmosphère de
l’étoile)
Savoir calculer, lire un graphique, trouver des informations comme par exemple la composition chimique du Soleil.
En classe de
Première S
Partie : Observer –
Couleurs et images (sous
thème : couleur, vision et
image)
Couleur des objets (synthèse additive, synthèse soustractive, absorption, diffusion, transmission, vision des couleurs et trichromie,
ainsi que le principe de la restitution des couleurs par un écran plat).
Prévoir le résultat de la superposition de lumières colorées,
L’effet d’un ou plusieurs filtres colorés sur une lumière incidente,
Distinguer couleur perçue et couleur spectrale

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PLAN
I. Le domaine des ondes électromagnétiques visibles
1- Propriétés des ondes électromagnétiques
a. Célérité des ondes électromagnétiques
b. Notion de lumières polychromatiques et monochromatiques
c. Une grandeur physique pour caractériser une radiation colorée
2- Spectre de la lumière visible
a. Obtention du spectre de la lumière visible
b. Les limites en longueur d’onde du domaine du visible
c. Position du domaine visible
II. Différentes sources de lumière
1- Les différents types de sources de lumière
a. Définition
b. Sources monochromatiques et polychromatiques
c. Sources primaires naturelles et artificielles de lumière
2- Exemples de Sources naturelles de lumière
a. Le soleil et les objets de l’univers
b. Les combustions vives sur Terre
c. Cas particulier les sources bioluminescentes.
3- Sources artificielles de lumières
a. Les lampes à incandescence
b. Les sources à décharge (tubes fluorescents, lampe à décharge, le flash, les lasers)
c. Les sources modernes
d. Cas particuliers d’émission lumineuse
III. Couleur des corps chauffés ; Loi de Wien
1- Lumière produite par un corps chauffé
a. Le phénomène d’incandescence
b. Exemples de phénomènes d’incandescence
2- Rayonnement du corps noir
a. Étude expérimentale
b. Définition du corps noir
3- Le profil spectral d’un corps noir, loi de Wien
a. Profil spectral d’un corps noir
b. Énoncé de la loi de Wien
c. Notion de température de couleur.

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Introduction
I- Le domaine des ondes électromagnétiques visibles
1- Propriétés des ondes électromagnétiques
a- Célérité des ondes électromagnétiques
Les ondes lumineuses font partie d’une grande catégorie d’ondes appelées ondes électromagnétiques. Quelque soit leur nature, les ondes
électromagnétiques se propagent dans le vide ou dans l’air à la vitesse de la lumière encore appelée célérité de la lumière :
C= 300000km.s-1
Remarque : les ondes électromagnétiques, comme la lumière, donnent lieu aux phénomènes de réflexion, de réfraction vus en seconde et à d’autre
phénomènes qui seront abordés plus tard. On s’intéressera au domaine des ondes lumineuses dit domaine du visible.
b- Notion de lumières polychromatiques et monochromatiques
Activité expérimentale : Toutes les lumières sont elles décomposables ?
Protocole :
On utilise le dispositif de dispersion de la lumière par un prisme utilisé en seconde pour analyser deux lumières :
- l’une rouge, émise par un laser
- l’autre émise par une lampe placée derrière un filtre rouge.
Observation et interprétation :
Le spectre de la lumière émise par le laser est constitué d’une seule raie fine. Cette lumière ne peut pas être décomposée, elle est dite
monochromatique.
Dans le cas de la lumière ayant traversé le filtre rouge, le spectre est constitué d’une large zone dans le rouge. Cette lumière peut être décomposée en
plusieurs raies fines de couleur rouge. Elle est dite polychromatique. C’est aussi le cas de la lumière blanche.

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Nous retiendrons :
Une lumière monochromatique ne peut pas être décomposée par un prisme ; son spectre est constitué d’une seule raie colorée.
Une lumière polychromatique est constituée de plusieurs lumières colorées monochromatiques. Elle possède un spectre constitué de
plusieurs raies.
c- Une grandeur physique pour caractériser une radiation colorée
Par définition, une lumière colorée monochromatique est appelée radiation. Elle est caractérisée par sa longueur d’onde dans le vide notée λ (lambda)
exprimée en mètre (m).
Exemple : La radiation émise par le laser (He-Ne) utilisée dans l’expérience précédente est caractérisée par une longueur d’onde λ=632,8. 10-9m dans
le vide.
Remarque : Les longueurs d’onde lumineuses sont très petites. Aussi, on utilise des sous-multiples du mètre pour les exprimer plus simplement : le
micromètre et le nanomètre.
Sous-multiple
Symbole
valeur
Le micromètre
µm
1µm = 10-6m
Le nanomètre
nm
1nm = 10-9m
2-Spectre de la lumière visible
a- Obtention du spectre de la lumière visible
Grace au dispositif expérimental faisant intervenir un prisme déjà utilisé en seconde, on obtient la décomposition spectrale de la lumière provenant
d’une lampe à incandescence ou du soleil. On observe une variation continue des couleurs, rencontrant successivement le rouge, l’orangé, le jaune, le
vert, le bleu, l’indigo, et le violet. Ce sont les couleurs de l’arc-en-ciel.
Le spectre obtenu dans les deux cas est une bande continue, on parle de spectre continu.