3 Séquence 1S Année 2001-2002 Partie 1 : Des connaissances de

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Séquence 1S Année 2001-2002
Partie 1 : Des connaissances de départ
Activité 0 : Distribution et commentaire du texte du modèle
Partie 2 : Vision d’un objet
Activité 1 : Vision d’un objet
Expérience 1 : Observation d’une source de lumière
Expérience 2 : Observation d’un objet étendu
Activité 2 : Vision de la lumière
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Partie 3 : L’image d’un objet à travers une lentille convergente
Activité 4: Image d’un objet à travers une lentille convergente
Expérience 1 : Formation d’une image sur un écran
Expérience 2 : Série de mesures
Expérience 3 : Image d’un objet constitué de deux vecteurs orthogonaux
Activité 3 : Les deux types de lentilles

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Activité 7 : Bis complémentaires
Expérience 1 : Activité expérimentale1
Expérience 2 : Activité expérimentale2
Expérience 3 : Activité expérimentale3
Activité 5 : Image d’un point et image d’un objet
Expérience 1 : Formation de l’image d’un point
Expérience 2 : Lumière après la lentille
Expérience 3 : Image d’un objet étendu
Activité 6 : La lumière passant par la lentille
Expérience 2 : Lentille cachée
Expérience 1 : Lentille enlevée
Activité 7 : Mise au point sur un réticule

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PARTIE 1 : CONNAISSANCES DE DÉPART (ENSEIGNANT)
Activité 0 : distribution et commentaire du texte du modèle
But
Introduire la séquence d’optique en demandant aux élèves de se remémorer ce qu’ils
ont étudié au cours des années précédentes ;
Fournir un texte du modèle auquel les élèves devront se référer pour les premières
activités.
Faire écrire aux élèves ce qu’ils ont déjà étudié en optique
Pourquoi cette activité ?
Activité 9 : Construction de l’ima
g
e formée par une lentille
mince convergente
Activité 8 : Modélisation d’une lentille mince convergente
Activité 10 : Relation de conjugaison et grandissement
Activité 11 : Mise au point d’un projecteur de diapositives
Activité 12 : Utilisation d’une lentille mince CV comme loupe
Partie 4 : Image par un miroir plan
Activité 13 : Image à travers un miroir plan
Activité 14 : Fonctionnement d’un rétroprojecteur
Expérience 3
: expérience complémentaire
Expérience 2
: Projection sur un écran avec le miroir
Expérience 1
: Retrait du miroir et projection au plafond

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Partie 1 connaissances de départ
Activité 0 : distribution et commentaire du texte du modèle
But
Le but de cette activité est de faire rapidement le point de ce que les élèves ont retenu
de l’enseignement de l’optique au collège et en seconde. Cela permettra de faire le lien avec
les contenus des séances à venir.
Informations pour la préparation de l’activité
Il est souhaitable que cette activité et la suivante (distribution des alinéas 1 à 6 du texte
du modèle) se déroulent en grande partie lors du cours qui précède la première séance
d’optique car pour cette dernière, il est préférable de laisser suffisamment de temps aux
élèves. Nous indiquons les thèmes qui figurent dans les différents programmes,
du cycle central du collège :
1- sources de lumière
2- la propagation rectiligne de la lumière ;
3- l’œil, un détecteur de lumière.
de la classe de troisième :
4- principe de formation des images en optique géométrique.
Concentration de l’énergie ;
5- exemple de la lentille mince convergente ; distance focale ;
6- fonctionnement d’un appareil imageur. Rôle de l’oeil en tant que
système imageur.
de la classe de seconde :
7- un système dispersif, le prisme ;
8- les spectres d’émission et d’absorption ;
9- application à l’astrophysique.
Informations sur le comportement des élèves et sur la façon de prendre en compte leurs
difficultés
Les élèves citent la plupart des notions vues en seconde : dispersion, spectres,
longueur d’onde, infrarouge, ultraviolet...Certains citent également quelques notions vues au
collège, d’autres n’y font pas allusion. Nous verrons que les connaissances figurant dans ces
programmes n’ont pas toutes été assimilées.
2. Distribution du texte du modèle
Pourquoi cette activité ?
La distribution des six premiers alinéas du modèle a pour but de permettre à chaque
élève de disposer d’un texte auquel il devra se référer lors des activités à venir. Le modèle
rassemble les divers éléments issus des années antérieures nécessaires pour la suite. Il sera
complété au cours des activités à venir.
Informations pour la préparation de l'activité
L’enseignant distribue et lit les six premiers alinéas du modèle et donne sens au texte.
Il le relie aux acquis antérieurs des élèves. Les commentaires peuvent porter sur :
- la représentation de la lumière par un rayon qui peut se faire sous la forme d’une
droite, d’une demi-droite ou d’un segment selon les situations ;
- le terme « flux de lumière » qui peut poser problème aux élèves ; on peut leur
demander de tracer eux-mêmes les trois types de faisceaux ;
- ce que signifie la dernière phrase du texte. L’observation d’un petit objet au fond
d’un récipient (d’abord vide puis que l’on remplit d’eau) qui avait permis d’illustrer la
réfraction en seconde, permet cette année d’illustrer le conditionnement du cerveau à
la propagation rectiligne (alinéa 6).
On peut aider les élèves à donner du sens au modèle grâce à des expériences simples :

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- faire fonctionner un laser dans l’air et demander aux élèves de décrire la situation en
utilisant les termes de l’alinéa 1. Faire remarquer la différence de description de cette situation
selon qu’on adopte le point de vue de l’optique ou celui de l’énergie. Justifier le choix des
physiciens de représenter par un rayon la lumière émise par le laser (alinéas 3 et 4).
- illustrer ce qu’il se passe lorsque le milieu de propagation n’est pas homogène en interposant
une cuve contenant une solution saturée en chlorure de sodium (Au moins 300g.L-1). Au
voisinage du chlorure de sodium déposé au fond de la cuve, le gradient de concentration est
suffisamment élevé pour incurver nettement la marche de la lumière ;
- illustrer les notions de faisceaux parallèle, convergent et divergent en les visualisant sur un
écran blanc grâce à des lentilles cylindriques.
Informations sur le comportement des élèves et sur la façon de prendre en compte leurs
difficultés
Une des difficultés des élèves consiste à bien distinguer ce qui relève des situations
matérielles de ce qui relève de leur modélisation. En particulier, les rayons et faisceaux en
optique sont des notions purement théoriques. Ce sont des représentations qu’il faut distinguer
de la lumière qu’elles représentent. Pour aider les élèves à comprendre ce point, nous avons
préféré utiliser l’expression « rayons ou faisceaux de lumière » moins ambiguë que « rayons
ou faisceaux lumineux ». En effet, cette dernière formulation incite les élèves à attribuer à un
rayon lumineux le même statut qu’un objet lumineux et donc à mettre lumière et
représentation de la lumière sur un même plan. D’autre part, l’expression « rayon lumineux »
renforce une erreur classique des élèves selon laquelle la lumière peut être vue sans pénétrer
dans l’œil. Toutes les expériences de visualisation de la lumière grâce à la diffusion les
incitent à le penser.
Pour aider les élèves à bien différencier ce qui relève des situations matérielles de ce
qui relève de leur modélisation, on peut profiter des expériences de cours, en particulier celle
utilisant le laser et celle illustrant les différents types de faisceaux de lumière. Ces expériences
permettent :
- de faire associer les mots donnés dans le modèle à des réalités matérielles (source,
milieu, récepteur, homogène, isotrope, longueur d’onde) ;
- de présenter comme naturelle la modélisation par une portion de droite sans
épaisseur ou par des faisceaux.
Il faut faire attention aux confusions que ces manipulations peuvent entraîner (surtout si on
utilise un nuage de craie ou une cuve à eau saturée en chlorure de sodium pour mieux
visualiser la lumière) et y revenir plus tard dans la séance, au cours de l’activité 2 « vision de
la lumière ». Ces expériences risquent en effet de convaincre les élèves qu’ils peuvent voir
une lumière qui ne pénètrerait pas dans l’œil.
Partie 1 des connaissances de départ (Elève)
1. Ecrire les différents sujets que vous avez étudiés en optique au collège et en seconde. Si
vous le souhaiter, vous pouvez accompagner vos réponses de schémas.
2. Le texte du modèle
Insérer les six premiers alinéas du texte ci-dessous.
1. La lumière se propage d’une source de lumière à un récepteur à travers un milieu
transparent. Elle véhicule de l’énergie de la source au récepteur.
2. Le mot “milieu” désigne la matière qui est traversée par la lumière. Quand ses propriétés
optiques sont les mêmes partout, on dit que le milieu est homogène. Quand ses propriétés
optiques sont les mêmes quelle que soit la direction de propagation de la lumière, on dit
que le milieu est isotrope.
3. Dans les conditions de l’optique géométrique, la lumière est modélisée par des rayons de
lumière.