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)
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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)
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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
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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
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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.
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