Concept : Propagation rectiligne de la lumière.
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Les conceptions apparaissent lorsqu’on "oublie" d’utiliser un raisonnement scientifique pour résoudre une situation. Il faut pour cela connaître et maîtriser les concepts et raisonnements scientifiques et s’obliger à les utiliser en toute situation. Conceptions Optique: Associer l’ombre à l’objet La forme de l’ombre doit conserver la forme de l’objet initial : l’ombre est une image "en négatif" de l’objet. La fore et les proportions sont conservées Concept : Propagation rectiligne de la lumière. L’ombre correspond à une absence de lumière : les rayons sont absorbés ou réfléchis par l’objet et n’arrivent pas "à destination". Mécanismes de vision d’un objet . Le raisonnement scientifique : La propagation rectiligne de la lumière La diffusion par les objets Le rôle "récepteur" de l’œil (système optique) Raisonnement spontané : l’œil est actif et donc quelque chose (rayon ?) part de l’œil (antiquité grecque) L’espace est baigné de lumière. Quand un objet est dans ce bain, le peut le voir (actif ?) Situation-problème possible : comment faire pour ne pas voir l’objet ? Objectifs-obstacle : propagation rectiligne ; diffusion La lumière On dispose une ampoule alimentée par une pile dans une boîte aux parois intérieures noires. Cette boîte est percée d’un trou pour permettre l’observation. Que voit-on si l’on place l’œil en T1 ? En T2 ? En T3 ? Réponse Réponses données par les professeurs Le raisonnement scientifique : La propagation rectiligne de la lumière Le rôle "récepteur" de l’œil (système optique) Raisonnement spontané : L’espace est baigné de lumière Matérialisation de la lumière: la lumière est assimilée à un fluide qui baigne la boîte et que l’on peut voir sortir Matérialisation de la lumière Question : Proposez une expérience mettant en évidence la propagation rectiligne de la lumière. Le raisonnement scientifique : on voit les objets (particules) situées sur le trajet de la lumière Le faisceau Laser éclaire les particules en suspension Ces particules diffusent la lumière. Une partie atteint l’œil Raisonnement spontané : Matérialisation de la lumière : on peut donc la voir de côté Vie courante : Concerts, éclairage par temps de brouillard Conception liée à l’apprentissage : « rayon » laser. Le rayon induit la matérialité (rayon de bicyclette) ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Conceptions liées à la vie courante : La perception immédiate des phénomènes lumineux ne donne accès immédiatement à aucune des caractéristiques physiques essentielles du modèle (propagation, nature ondulatoire ou corpusculaire…) L’observation des phénomènes dans les milieux communs (air, eau) introduit des phénomènes parasites qu’il n’est pas simple d’interpréter (la diffusion par l’atmosphère) L’œil de l’observateur est souvent nécessaire à l’interprétation scientifique des phénomènes, alors que son intervention est inconsciente en général (accommodation, confusion objet image) Le langage porte trace de conceptions préscientifiques des phénomènes lumineux (ses yeux brillent, les yeux voient et sont donc actifs, la lumière emplit la pièce) ----------------------------------------------------------------------------------------------- L’IMAGE On construit un dispositif optique constitué d’un objet lumineux AB, d’une lentille L. L’image est projetée sur un écran E. 1) Où placer l’écran pour y projeter une image ? Faire une construction géométrique. 2) Qu’observe-t-on si l’on retire la lentille ? 3) Qu’observe-t-on si l’on place un cache sur la partie centrale de la lentille ? 4) Peut-on voir l’image en l’absence d’écran ? Si oui, où doit-on placer l’œil ? Peut-on voir une image virtuelle ? ------------------------------------------------------------------------------------------------Réponse question 1 Réponse question 2 Réponse question 3 On voit toujours la projection, mais moins lumineuse Réponse question 4et 5 Réponses données par des élèves Question 2 : Qu’observe-t-on si l’on retire la lentille ? Question3 : Qu’observe-t-on si l’on place un cache sur la partie centrale de la lentille ? Le raisonnement scientifique : Sous certaines conditions, tous les rayons issus d’un point-source se rejoignent à la sortie du système optique, en un point qu’on appelle le point-image L’ensemble des points-images constitue l’image de l’objet initial Raisonnement spontané : L'image d'un objet à travers un système optique dépend essentiellement de l'objet, et très peu du système optique Image transportée : On peut voir une image sur un écran même si on enlève la lentille Le rôle de l'écran étant de permettre de voir l'image, il est impossible de voir une image sans surface pour la projeter Discrétisation : seuls les rayons servant à la construction existent ---------------------------------------------------------------------------------- Conceptions liées à l’apprentissage La symbolisation graphique des lois de l’optique donne souvent naissance à des interprétations non contrôlées de la part des apprenants La construction de l’image se fait avec un nombre limité de rayons. Les autres semblent ne pas exister La nécessité d’un écran de projection ------------------------------------------- Autres conceptions : Confusion taille de l’image et proximité La loupe, la réfraction La couleur est une propriété de l’objet Notions de synthèses additive et soustractive Conceptions Mécanique : Confusion force vitesse Si on avance, l’objet qu’on lâche tombe derrière nous Relativité du mouvement, expérience de Galilée Un objet accélère si la force qu’on lui applique est supérieure à la réaction qu’il crée Notion de système mécanique, auteur et receveur de l’action.
