But de l activité : Comprendre la décomposition de la lumière.

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1 Thème : Univers Chap. : Les étoiles TP : Décomposition de la lumière 2nde But de l activité : Comprendre la décomposition de la lumière. Ce TP va se dérouler sous un format «Jigsaw» («puzzle» en anglais) : Vous allez former trois équipes de 5 à 6 personnes, et chaque équipe va étudier un aspect de la lumière à l aide de documents et/ou d expériences. Nous allons ensuite reformer les équipes, et chacun devra expliquer ses découvertes et conclusions aux autres membres de la nouvelle équipe afin que vous puissiez tous remplir la fiche bilan. 15 min 25 min 15 min Résumé du déroulement du TP Premier travail de groupe avec distribution des documents et d'une fiche de réponse individuelle Reformation des nouveaux groupes et échange (mise à disposition du matériel pour montrer les expériences réalisées par un membre du groupe) Remplissage par binôme de la fiche bilan GROUPE 1 Dispersion de la lumière blanche Comprendre le trajet des rayons lumineux lorsqu ils traversent un prisme. Déterminer la composition de la lumière blanche. Source de lumière blanche Prisme et réseau GROUPE 2 Spectre d émission d un corps chaud Déterminer l origine des spectres continus. Décrire l évolution du spectre de la lumière blanche en fonction de la température. Document descriptif de l évolution de la couleur d un métal que l on chauffe. Spectre de la lumière en fonction de la température GROUPE 3 Spectre d émission de raies Définir ce que sont des lumières monochromatiques et polychromatiques. Décrire les spectres d émission de raies et déterminer leur origine Laser et réseau Lampes à vapeurs de mercure et de sodium Spectroscope Définitions utiles Un spectre de lumière est l image obtenue lorsque cette lumière est décomposée à l aide d un prisme ou d un raison. Cette image contient alors tous les rayons monochromatiques composant la lumière étudiée. Un spectre lumineux peut être continu ou discontinu (spectre de raies) : Lorsque le spectre de la lumière comporte des couleurs qui se suivent sans interruption on parle de spectre continu. Lorsque le spectre présente des trous (des discontinuités) dans les couleurs on parle de spectre de raies. Un rayon de lumière monochromatique est modélisé par une onde. Lorsqu on représente l amplitude de cette onde en fonction de la position, celle-ci est caractérisée par la longueur d onde, noté (lambda). La longueur d onde détermine la couleur de la radiation lumineuse. Son unité est le mètre. Dans la lumière visible, le violet a la plus petite longueur d onde et le rouge a la plus grande longueur d onde.

2 Groupe 1 : Dispersion de la lumière blanche Document : Montage expérimental On réalise l expérience du schéma ci-dessous. En réglant correctement la position du prisme, observe le spectre de la lumière blanche sur l écran. Remplacer le prisme par un réseau pour avoir une image plus claire Note : on observera alors 2 spectres symétriques autour d une raie centrale Dessiner, en couleur, l image obtenue avec le prisme dans le cadre du schéma. Colorier correctement les 5 rayons sortant du prisme sur le schéma ci-dessous, du rayon le plus dévié au rayon le moins dévié. Image obtenue avec le prisme Expliquer pourquoi les rayons lumineux sont déviés lorsqu ils traversent le prisme. - Les rayons sont déviés en arrivant au niveau des faces du prisme. A quel phénomène est-ce dû? - Mis à part le matériau traversé, quel est alors l autre facteur dont dépend la déviation de la lumière? Déterminer la composition de la lumière blanche et dessiner son spectre. - Quelle est l origine les lumières colorées observées sur l écran? - Que se passe-t-il, à votre avis, si l on réassemble toutes ces lumières colorées?

3 Groupe 2 : Spectre d émission d un corps chaud Document 1 : Métal chauffé Lorsqu on augmente l intensité du courant au niveau du filament d une lampe à incandescence, celui-ci émet un rayonnement, d abord rouge sombre, puis orange et enfin bleu. C est également ce qui se passe lorsque l on chauffe un métal, comme dans l image ci-contre. Document 2 : Spectre de la lumière en fonction de la température Rouge foncé Rouge Orange Jaune Bleu Déterminer l origine des spectres continus. - Comment peut-on obtenir de la lumière à partir d un objet? Décrire l évolution du spectre de la lumière blanche en fonction de la température. - Comment varie la température du filament de l ampoule quand l intensité du courant qui le traverse augmente? - Le spectre observé est-il un spectre continu ou un spectre de raies? - Conclure

4 Groupe 3 : Spectre d émission de raies Document : Montage expérimental Vous disposez d un spectroscope, instrument comprenant un réseau et permettant de visualiser le spectre d une lumière. Regardez les sources de lumière suivantes : - Une lampe à vapeur de mercure - Une lampe à vapeur de sodium Le professeur vous montre aussi le spectre d un laser rouge à l aide d un réseau Note : Avec un réseau, on observe 2 spectres symétriques qui se répètent autour d une raie centrale Laser rouge Lampe à vapeur de sodium Lampe à vapeur de mercure Reportez vos observations dans les cadres ci-contre. Définir ce que sont des lumières monochromatiques et polychromatiques. - Comparer le spectre des lampes à vapeur (lumière polychromatique) et du laser (lumière monochromatique). Conclure. Décrire les spectres d émission de raies et déterminer leur origine. - Les spectres observés sont-ils continus ou discontinus? - Dans les spectres des deux lampes à vapeur, à quoi correspond une raie? - En quoi les deux lampes à vapeur sont-elles différentes? Et leur spectre? - Conclure sur l origine

5 Noms, Prénoms : FICHE BILAN La lumière blanche La lumière blanche est un spectre continu composé de Spectre de la lumière blanche Plus une source est chaude, plus elle émet de couleur l émission est, donc plus la longueur d onde de Les types de lumière Une lumière polychromatique contient Exemple : spectre de Une lumière monochromatique contient Exemple : spectre du Que peut-on apprendre des différents types de spectre? Type de spectre Spectre continu d émission Un spectre continu vient de Spectre d émission de raies Un spectre d émission de raies vient de Origine de l émission Informations sur la source données par le spectre En regardant le spectre, je peux déterminer de la source En regardant le spectre, je peux déterminer de la source

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