AEXP 1 : La lumière : sources et propagation rectiligne · COULEUR DE LA LUMIERE SPECTRE LUMINEUX nom couleur blanche Quelles ... Distances et durées de propagation de la lumière

Lampe à fibre optique

ONISEP/Pro2science/Lampe à fibre optique 1

AEXP 1 : La lumière : sources et propagation rectiligne

Une démarche d’investigation 1 : Théo a perdu ses clefs

Ce soir, en rentrant de l’entrainement de foot, Théo a perdu ses clefs qui sont tombées dans une bouche

d’égout éloignée du réverbère. Il a dans son sac de sport bleu, un pull-over noir, une serviette rouge et un

tee-shirt blanc.

Comment va-t-il faire pour éclairer le trou et retrouver ses clefs avec le matériel à sa disposition ?

1) Hypothèse : Quels sont les objets que doit utiliser Théo pour apercevoir ses clés au fond du trou?

..............................................................................................................................................................................

..............................................................................................................................................................................

2)Protocole : Dessinez l’expérience que vous pensez réaliser pour vérifier votre hypothèse. Faites contrôler ce

protocole par l’enseignant

3. Expérience : réalisez l’expérience avec le matériel à votre disposition

4. Observations : notez vos observations :

...........................................................................................................................................................

.....................................................................................................................................................................................

5. Résultats : Votre hypothèse était-elle exacte ?

.....................................................................................................................................................................................

.....................................................................................................................................................................................

6. Conclusion : Faites un schéma et représentez le trajet de la lumière qui permet à Théo d’apercevoir ses clés.



Pour aller plus loin

L’obscurité est faite dans la classe. Sur la paillasse du professeur, une lampe éclaire une bouteille. Complète le

schéma au-dessous du dessin avec les rayons de lumière afin d’illustrer le fait que Valentine voit la bouteille.

Dessin:

Je conclus :

....................................................................................................................................................

Je m’autoévalue

Dans cette activité, j’ai : Acquis En cours d’acquisition

- Formulé des

hypothèses.

- Imaginé un protocole.

- Fait des expériences

- Extrait des informations

des consignes

données.

- Fait un schéma.

- Vérifié mes hypothèses

- Formulé mes

conclusions



AEXP2 : Comment visualiser un faisceau lumineux

Une démarche d’investigation 2 : Certains faisceaux de lumière peuvent être

vus et d’autres non. Par exemple, selon les conditions météorologiques, on

peut voir ou non le faisceau produit par les phares d’une voiture.

Comment pouvez-vous visualiser un faisceau de lumière ?

Je réalise une expérience.

La source lumineuse utilisée est un pointeur laser : il émet un faisceau très mince de

lumière.

Votre mission consiste à rendre le faisceau « visible sur une partie de son trajet.

Attention : Il ne faut surtout pas diriger la lumière laser vers l’œil de quelqu’un !

Votre matériel : Un cristallisoir-une cuve à eau avec couvercle-du papier d’Arménie-des colorants-de

l’eau-du lait-un chiffon poussiéreux-une brosse de tableau à craie- un pointeur laser-une pile-une

lampe.

Réfléchissez :

Dressez la liste du matériel nécessaire en justifiant votre choix : Plusieurs montages sont possibles, à

vous de choisir !

Faites le schéma de l’expérience que vous souhaitez réaliser.

Réalisez l’expérience

Après accord du professeur, récupérez le matériel puis réaliser l’expérience.



Communiquez vos résultats

Rédigez le compte rendu de vos expériences en respectant le mode de présentation.

Je conclus

Expliquez en une phrase ce qu’il doit y avoir dans l’air ou dans l’eau pour qu’on puisse visualiser un

faisceau de lumière. Justifiez le choix de la lumière utilisée



AEXP3 : Analysons la lumière blanche

Quelle est la composition de la lumière blanche ?

1/Première expérience

Pour vérifier cette affirmation, on va essayer de réaliser la dispersion de la lumière blanche c'est à

dire de séparer les différentes lumières colorées constituant la lumière blanche. On peut réaliser cette

dispersion de lumière avec un réseau.

On utilise un spectroscope constitué d'une fente placée à quelques centimètres d'un réseau.

Utilisez le spectroscope et visez un coin éclairé de l'encadrement blanc de la fenêtre. Vous allez

observer plusieurs spectres lumineux.

Spectre de la lumière blanche

Dessinez un de ces spectres en respectant les couleurs, leur ordre et

approximativement les largeurs des bandes colorées. Indiquez le nom de chaque

couleur

Spectre observé

2/Deuxième expérience

On peut aussi essayer de superposer plusieurs lumières colorées pour tenter de reconstituer de la

lumière blanche. On utilisera pour cela la source de lumière avec les miroirs. Devant chacune des

trois ouvertures on place un filtre coloré (dans l'ordre vert, bleu, rouge) .

Vous allez superposer sur l'écran blanc deux puis trois lumières colorées et regarder la zone éclairée

par les sources colorées

Prévisions : (avant de faire les expériences)

- Comment vous apparaîtra l'écran quand il est éclairé :



* par une lumière rouge et une lumière verte ?--->

* par une lumière rouge et une lumière bleue? --->

* par une lumière bleue et une lumière verte ? --->

* par une lumière bleue, une lumière verte et une lumière rouge? --->

Vérifiez vos prévisions et éventuellement rectifiez vos erreurs

Conclusion : comment obtenir de la lumière blanche sur l'écran?

En indiquant le chemin suivi par chaque rayon, expliquez pourquoi votre œil a l'impression que

l'écran a été éclairé par une lumière blanche dans la zone de superposition des lumières colorées

(vous pouvez faire un schéma)



AEXP4 : Lumière colorée et spectre

Selon vous, une lumière colorée aura-t-elle un spectre lumineux identique à celui de la lumière

blanche ? Proposez des expériences, les valider et dessinez les spectres dans la colonne spectre

lumineux

...................................................................................................................................................................

...................................................................................................................................................................

COULEUR DE LA LUMIERE SPECTRE LUMINEUX

nom couleur

blanche

Quelles constatations faites-vous?

...................................................................................................................................................................

La lumière verte est dite monochromatique. Pouvez-vous expliquer ce mot en regardant le spectre de

cette lumière ?

...................................................................................................................................................................

Auto-évaluation :

Pour obtenir une lumière verte monochromatique, on a placé un filtre devant la source de lumière

blanche. La lumière qui arrive dans notre œil placé après le filtre est verte parce que le filtre :

diffuse la lumière verte arrête toutes les lumières colorées ne laisse passer que la

lumière verte et absorbe les autres lumières



Selon vous, qu'observera-t-on si on place devant la source de lumière blanche (justifiez à chaque fois

vos réponses):

un filtre bleu et un filtre vert superposés ?

un filtre rouge et un filtre bleu superposés ?

un filtre cyan et un filtre magenta superposés ?

Disque de Newton : Toutes les couleurs du spectre existent préalablement dans la lumière blanche

où leur superposition donne à nos yeux la sensation de blanc.

Complétez :

La lumière ............................. est formée par la ................................. de couleurs .................... ............, que nos

yeux ne distinguent pas. La gamme de ces couleurs constitue ..................................., comprenant en particulier,

dans l’ordre, les ....................suivantes :

Rouge,....................,.......................,...........................,............................,................. ........,.........................



AEXP 5 : Qu'est-ce qu'un circuit électrique simple ?

Pour pourvoir allumer et éteindre une lampe, tu vas réaliser un circuit électrique simple, en utilisant les

éléments à ta disposition.

1/ Un circuit simple. L'interrupteur est fermé.

2/ Un circuit simple. L'interrupteur est ouvert.

Je manipule

Le matériel :pile plate, lampe, interrupteur, fils de connexion, pinces crocodiles.

L'expérience :

A l'aide du matériel, réalise le montage du document 1.

Actionne l'interrupteur.

Observe.

Attention :

Il ne faut jamais faire les expériences en utilisant une prise de courant ; tu risques de

t'électrocuter.

Pile plate : 4,5 Volt

Prise de courant : 220 Volt

Conclusion : Qu’est-ce qu’un circuit électrique ?

........................................................................................................................................

........................................................................................................................................



AEXP 6 : Faire apparaitre le faisceau de lumière.

La propagation de la lumière

1) Quelles expériences faire pour rendre "visible" de la lumière ?

...................................................................................................................................................................

...................................................................................................................................................................

............................................................................................................................

Schéma de l’expérience et vos explications

......................................................................................................................................................

......................................................................................................................................................

2) Propagation de la lumière : Comment faire ?

......................................................................................................................................................

......................................................................................................................................................

3) Comment rendre visible le rayon laser ?

......................................................................................................................................................

......................................................................................................................................................

Je m’autoévalue

Dans l'air, la lumière se ............................ en ligne ..........................., de la source vers l'objet éclairé.

On représente donc sur un schéma ................................de lumière par une droite avec une

.................... qui indique le ................... de parcours (on dit le sens de propagation). Par conséquent,

les .......................... modélisés sont à tracer avec la ........................... !

4) Comment fabriquer un faisceau de lumière ?

(Faire un schéma et une expérience.)

Les rayons-limites.

Un faisceau est l'ensemble des............................................qui proviennent d'une même source et

contenus par des ..................-limites.



AEXP 7 : Voir loin dans l’espace, c’est voir dans le passé

La vitesse se propage avec une célérité finie

La célérité de la lumière, C0 (dans le vide ou l’air) = 300 000 km.s-1

ou 3.108 m.s

-1

Trois cent mille kilomètres, soit plus de 7,2 fois le tour de la terre, parcourus en 1 s !!! Aucun objet matériel ne peut se déplacer à cette vitesse.

Dans les milieux matériels, la célérité de la lumière est toujours inférieure à C0.

En astronomie, pour évaluer les distances gigantesques qui séparent des astres ou les dimensions des galaxies, on utilise des unités mieux adaptées que le mètre, aux grandes distances :

L’année lumière (al) est la distance parcourue par la lumière dans le vide en une année. En 1 seconde, la lumière parcourt 3.10

8m

1al= ..........................................................................................................................

................................................................................................................................

..................................................................................................................................

Dans l’eau : C= 2,26 .105 km.s

-1

Dans le verre : C= 2.105 km.s

-1

Dans le diamant : C= 1,24 105 kmù.s

-1

Distances et durées de propagation de la lumière

De la lune ...à la Terre Du Soleil...à la Terre De Proxima du centaure, l’étoile la plus proche,....à la Terre

Des galaxies très lointaines à la Terre

3,8x105 km 1,5x10

8km 4,3 x10

13 km 1,2x10

23 km

................ .................. ..................... ................... ..................

..................

.................

...................

......................

......................

...................

.....................

........................



Application

Quelle est la durée de propagation de la lumière émise par l’étoile située à 4,3 al de la

terre ?

................................................................................................................................

Calculer la distance entre Vénus et la terre lorsque la durée de propagation de la lumière

entre ces deux planètes est t=5min

....................................................................................................................................................



AEXP 8 : démarche d’investigation n°1 :

le fibroscope pour explorer le corps humain

Situation déclenchante : expérience de la fontaine à eau

Question préalable :Comment se propage la lumière dans un milieu transparent et

homogène (donc y compris dans l’eau) ?

Hypothèse : Emettez donc une première hypothèse sur le trajet qu’effectue la lumière à

l’intérieure du jet d’eau. Indiquer votre hypothèse sur le schéma.

Validation ?...............................................

Situation-problème : Qu’est-ce qu’une fibre optique ?

Votre mission

En vous aidant des travaux précédents et du matériel mis à votre disposition, proposez une

expérience permettant de mettre en évidence le phénomène qui se produit à l’intérieur d’une

fibre optique. Appel le professeur pour valider votre expérience. Réalisez la .

En conclusion

Préparez un exposé oral sur votre travail expérimental et le rôle des fibres optiques dans de

domaine de la santé. Cet exposé sera présenté devant les élèves de la classe au prochain

cours. Travail à finir chez vous



AEXP 9 et 10 : Montage de la lampe à fibre otique

1) Etablir le diagramme de montage de la lampe à fibre optique

- En observant la nomenclature fournie

- En collant les vignettes dont vous disposez.

La lampe à fibre optique représente une application électronique basée sur le thème de l'éclairage. Illuminée par trois DEL de couleurs différentes, les fibres optiques créent une ambiance toute

particulière.

Découverte de la fibre optique



Réaliser un diaporama de ce montage.

....................................................................................................................................................

....................................................................................................................................................

....................................................................................................................................................

....................................................................................................................................................

....................................................................................................................................................

....................................................................................................................................................

....................................................................................................................................................

....................................................................................................................................................

....................................................................................................................................................

....................................................................................................................................................

Documents

AEXP 1 : La lumière : sources et propagation rectiligne · COULEUR DE LA LUMIERE SPECTRE LUMINEUX nom couleur blanche Quelles ... Distances et durées de propagation de la lumière