Chapitre 1: La lumière A) La lumière, c est quoi? (Faire le Laboratoire 1: Phénomènes lumineux) 1) De quoi est fait la lumière? De rayonnement. 2) De quoi est fait ce rayonnement? 1 ) De particules appelées photons. 2 ) D ondes électromagnétiques ayant une certaine longueur ( ) et se déplaçant à une certaine fréquence (f). Dessin d une onde: 3) Quelle est la vitesse de la lumière? c = f x = 300 000 km/s=3,00 x 10 8 m/s 4) Comment ça se fait que la lumière est blanche? parce qu elle contient toutes les couleurs du spectre visible par l oeil. Preuve: (la dispersion) lumière blanche rouge orange jaune vert bleu violet 5) Quels sont les 4 phénomènes à la base de s s? Exemple 1 ) Incandescence: Émission de lumière lorsque la matière est chauffée. Exemple: bougie, ampoule, feu de foyer, etc. 2 ) Fluorescence: Émission de lumière en présence d une d énergie. Exemple: néon, ampoule fluocompact, roches et liquides fluo, etc. 3 ) Phosphorescence: Émission de lumière qui se continue même si la d énergie est absente. Exemple: cadran d une montre, araignées, etc. 4 ) Luminescence: Émission de lumière lors d une réaction chimique. Exemple: luminol, lucioles, lamp stick, etc. 6) Quelle différence y a-t-il entre un faisceau, un pinceau et un rayon? FAISCEAU PINCEAU RAYN +
B) La lumière se transmet comment? 1) Comment voyage la lumière? La lumière voyage en ligne droite. 2) Quels sont les phénomènes ainsi créés? la réflexion, la réfraction, la dispersion, la diffraction (déviation de la lumière qui passe par une fente très étroite), diffusion. 3) Qu observe-t-on si un obstacle est placé entre une lumière et un? Apparition de différentes zones: ombre, pénombre, éclairée. S mbre 1) Qu observe-t-on lorsqu on a une ombre nette? Les zones de pénombre sont très, très petites. Illustrez les 3 façons d obtenir ce résultat: 1 ) Distance -obstacle>>>>> distance obstacle- S mbre 2 ) Source ponctuelle mbre 3 Source très éloignée (soleil) rayons lumineux considérés parallèles mbre
4) Regardez l ampoule à l aide d un sténopé (boîte noire) a) Quelles sont les caractéristiques de l image d un objet dans une boîte noire (sténopé)? L image est réelle, renversée et plus petite que l objet. Illustration: h i d d h o c) Quelle relation mathématique existe-t-il entre les différentes variables? Gr = hi = - di ho do 1) Quelle distance sépare l ouverture d une boîte noire, de 20,0 cm de long, et un objet de 3,50 m de hauteur si son image est haute de 10,0 cm? do = 7,00 m di = 20,0 cm hi = - di => - 10,0 cm = - 20,0 cm ho = 3,50 m ho do 3,50 m do hi = - 10,0 cm do = - 20,0 cm x 3,50 m - 10,0 cm do = 7,00 m 2) Quelle hauteur a un bâtiment situé a 300 m d une boîte noire de 5,00 cm de long, si son image est de 3,00 cm? ho = 180 m do = 300 m hi = - di => - 3,00 cm = - - 5,00 cm di = 5,00 cm ho do ho 300 m hi = - 3,00 cm ho = - 3,00 cm x 300 m - 5,00 cm ho = 180 m 3) Quel est le grandissement d un arbre de 80,0 m si l image inversée formée sur l d un appareil photo est de 1,50 cm de hauteur? Gr = - 0,000 188 ho = 80,0 m Gr = hi = - 1,50 cm h1 = - 1,50 cm ho 80,0 m Gr = - 1,50 cm 8 000 cm Gr = - 0,000 187 5
C) Une, on place n importe où? Démonstration 1: surface éclairée et distance: Matériel: - 1 ampoule; - 1 boîte percée d un trou carré; - 1 ; - 1 ruban à mesurer; Protocole: 1 ) Placer l à 20,0 cm de la boîte. 2 ) Mesurer la longueur et la hauteur de la surface éclairée. Calculer l aire de cette surface. 3 ) Recommencer 2 & 3 à des distances de 40,0, 60,0, 80,0 et 100,0 cm. Tableau de données: Distance (cm) 0,0 20,0 40,0 60,0 80,0 100,0 Longueur (cm) x hauteur (cm) Aire (cm 2 ) Traitement des données: Sur une feuille quadrillée millimétrique, faire le graphique de l aire en fonction de la distance. Illustration: Conclusion:
1 ) Quelle est la relation mathématique entre la variation de la distance ( d) et l aire d éclairement ( A)? Plus la distance est grande, plus l aire d éclairement est grande. L aire d éclairement est proportionnel au carré de la distance -. A1 d1 2 A2 d2 2 2 ) Quelle est la relation mathématique entre la variation de la distance ( d) et l intensité de l éclairement ( I)? Plus la distance est grande, plus l intensité de l éclairement est petite. L intensité de l éclairement est inversement proportionnel au carré de la distance -. I1 d2 2 I2 d1 2 6) Quelle est la vitesse de la lumière? c = 300 000 km/s = 3,00 x 10 8 m/s 1) Quelle distance sépare la Terre de la planète Uranus si sa lumière prend 242 min pour nous atteindre? d = 4,36 x 10 9 km = 4,36 x 10 12 m c = 300 000 km/s t = 242 min d = c x t d = 300 000 km/s x 242 min x 60 s/min d = 4 356 000 000 km = 4,36 x 10 9 km 2) Combien de temps la lumière du Soleil prend-elle pour atteindre la Terre si la distance entre les 2 est de 1,49 x 10 8 km? t = 497 s c = 300 000 km/s d = 1,42 x 10 8 km d = c x t 1,42 x 10 8 km = 300 000 km/s x t t = 1,42 x 10 8 km / 300 000 km/s = 496,6666667 s 3) Un étroit pinceau de lumière placée à 1,50 m d un mur éclaire une surface de 5,00 cm 2 avec une intensité de 2 000 lux (lx). n éloigne le pinceau à 5,00 m de l. a) Quelle est l aire éclairée à cette nouvelle distance? A2 = 55,6 cm 2 d1 = 1,50 m A1 = d1 2 = 5,00 cm 2 = (1,50 m) 2 A1 = 5,00 cm 2 A2 d2 2 A2 (5,00 m) 2 d2 = 5,00 m A2 = 5,00 cm 2 x (5,00 m) 2 / (1,50 m) 2 = 55,555555556 cm 2 b) Quelle est la nouvelle intensité? I2 = 180 lx d1 = 1,50 m I1 = d2 2 = 2 000 lx = (5,00 m) 2 I1 = 2 000 lx I2 d1 2 I2 (1,50 m) 2 d2 = 5,00 m I2 = 2 000 lx x (1,50 m) 2 / (5,00 m) 2 = 180 lx