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N°2

30 AOÛT

2001

HYSIQUE-CHIMIE

HORS-SÉRIE

2 - Messages de la lumière

Objectifs

Onmontredanscettepartiequel’analysedelalumière(direction,spectre)permetd’obtenirdesrenseignementssurlamatièred’oùelleest

issueetqu’elletraverse.Cettetechniqueestillustréeparquelquesapplicationsastrophysiques.

L’étudedelaréfractionestdansunpremiertempsréaliséeavecunfiltredecouleurdonnée.L’indicedumilieutransparentestintroduit.

Uneapprochehistoriquepermetd’introduirelanotionderadiationmonochromatique.Enobservantladécompositiondelalumièreblanche

àtraversunprisme,Newtontirelaconclusionquelescouleursobtenuessontprésentesdanslalumièreblanche,etqueleprismeapoureffet

delesséparer.L’indicedumilieutransparentconstituantleprismen’estdoncpaslemêmesuivantlacouleurdelalumière.Ilmontreensuite

quelescouleursduspectrenepeuventsedécomposerendenouvellescouleurs:sil’onenvoiedelalumièrerouge(émiseparunlaser

par exemple) sur un prisme, on retrouve la même couleur rouge après la traversée du prisme. Cette couleur est appelée radiation

monochromatique.

L’étudedenombreuxspectreslimitéeaudomaineduvisiblepermetdeformulerlesdeuxloissuivantes:

-uncorpschaudémetunrayonnementcontinu;cerayonnements’enrichitverslevioletlorsquelatempératureducorpsaugmente;

-danscertainesconditionsexpérimentales(faiblepression),uncorpsnepeutémettrequelesradiationsqu’ilestcapabled’absorber.

Uneentitéchimiqueestainsicaractériséeparunspectre,quiconstitueenquelquesortelasignaturedecetteentité.

L’analysespectraledonnedesrenseignementssurlatempératureetlacompositionchimiqued’astresinaccessiblesàl’expérimentation

directeparcomparaisonaveclesspectresd’atomesoud’ionsmesurésaulaboratoire.

EXEMPLES D’ACTIVITÉS

CONTENUS

CONNAISSANCES ET SAVOIR-FAIRE

EXIGIBLES

Commentunprismepermet-ild’obtenir

2.1.Unsystèmedispersif,leprisme

Savoirquelalongueurd’onde,qui

unspectre?

Caractérisationd’uneradiation.

s’exprimeenmètresetsous-multiples,

Décomposition de la lumière blanche par

LoisdeDescartessurlaréfraction pourune

caractérisedansl’airetdanslevideune

un prisme

radiation(l’undesmilieuxétantl’air).

radiationmonochromatique.

Etude expérimentale des lois de la

Dispersiondelalumièreblancheparunprisme. ConnaîtreetappliquerlesloisdeDescartes

réfraction en lumière monochromatique,

Variationdel’indiced’unmilieutransparent surlaréfraction.

puis en lumière blanche.

selonlaradiationquiletraverse;interprétation

Utiliser un prisme pour décomposer la

qualitativedeladispersiondelalumière

lumière blanche.

parunprisme.

Etudier expérimentalement la loi de

Descartes sur la réfraction :

- Utiliser un dispositif permettant d’étudier

les lois de la réfraction.

- Repérer un angle entre un rayon lumineux

et une référence.

- Mesurer un angle

2.2.Lesspectresd’émissionetd’absorption.

Savoirqu’uncorpschaudémetun

2.2.1.Spectresd’émission

rayonnementcontinuquis’enrichitversle

Spectrescontinusd’originethermique.

violetquandlatempératuredececorps

Spectresderaies.

augmente.

Savoirdistinguerunspectred’émissionet

Comment le spectre d’une étoile nous

2.2.2.Spectresd’absorption

unspectred’absorption.

renseigne-t-il sur sa température ?

Bandesd’absorptiondesolutionscolorés.

Savoirrepérer,parsalongueurd’ondedans

Réalisationduspectrecontinud’unelampe Raiesd’absorptioncaractéristiquesd’un

unspectred’émissionoud’absorption,une

àincandescence(avecprismeouréseau): atomeoud’union.

radiationcaractéristiqued’uneentité

Observationdelavariationdelacouleuret

chimique.

duspectredelalampeenfonctiondesa

Savoirqu’unatomeouunionnepeut

température.

absorberquelesradiationsqu’ilestcapable

d’émettre.

Utiliser un système dispersif pour visualiser

des

spectres

d’émission

et comparer ces

spectres à celui de la lumière blanche.

Utiliser un système dispersif pour visualiser

des

spectres

d’absorption et comparer ces

spectres à celui de la lumière blanche.

Commentdéterminerlanaturedelamatière

2.3.Applicationàl’astrophysique

Savoirquel’étudedesspectrespermetde

quientoureuneétoile?

connaîtrelacompositiondel’enveloppe

Réalisation de spectres de raies et de bandes :

externedesétoiles.

émission et absorption.

Étude expérimentale des couleurs de flamme.

* Les activités pouvant mettre en jeu les technologies de l’information et de la communication sont repérées par un astérisque.

Commentaires

Laphysiquedecettepartien’utilisequelemodèledel’optiquegéométriquepourlaloidelaréfractiondeDescartes.Aucunmodèlenesera

présentéconcernantl’optiquephysique.

Cettepartieduprogrammepermetd’enrichirlanotiond’entitéchimiquequiseraintroduitedanslecoursdechimie.

Iln’estpasutilededévelopperl’étudedesphénomènesderéflexionetderéflexiontotalepourintroduirelesnotionsindispensablesàlacom-

préhensiondesphénomènes.

Onconvientd’attacherunnombreservantderéférenceàcetteradiationmonochromatiquedansl’airoudanslevide.Cenombre,dontonne

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