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Schémas : Laurent Blondel (CORÉDOC) Composition, mise en page : Soft Office Édi

Schémas : Laurent Blondel (CORÉDOC) Composition, mise en page : Soft Office Édition : Juliette Sauty © Nathan 2015 − 25, avenue Pierre de Coubertin − 75013 Paris ISBN 978−2−09−172239−9 Couleurs et images 1. Œil, lentilles minces et images ......................................................................................................................................................................5 2. Couleur des objets ..........................................................................................................................................................................................15 3. Lumière et couleur...........................................................................................................................................................................................23 4. Lumière et énergie...........................................................................................................................................................................................29 5. Molécules organiques de la matière colorée........................................................................................................................................37 6. Les solutions colorées.....................................................................................................................................................................................43 7. Avancement d’une réaction chimique....................................................................................................................................................51 8. Structure des molécules ................................................................................................................................................................................55 Exercices de synthèse..........................................................................................................................................................................................63 Lois et modèles 9. Interactions fondamentales........................................................................................................................................................................67 10. Radioactivité et réactions nucléaires....................................................................................................................................................73 11. Cohésion et dissolution des solides ioniques et moléculaires.....................................................................................................81 12. Alcanes, alcools et changements d’état.............................................................................................................................................91 13. Champs et forces...........................................................................................................................................................................................99 14. Formes et conservation de l’énergie..................................................................................................................................................111 Exercices de synthèse.......................................................................................................................................................................................121 Défis du xxie siècle 15. Ressources énergétiques et énergie électrique..............................................................................................................................123 16. Combustion et énergie chimique ........................................................................................................................................................129 17. Piles et oxydoréduction............................................................................................................................................................................137 18. Chimie organique et nouveaux matériaux......................................................................................................................................143 Exercices de synthèse.......................................................................................................................................................................................153 Sommaire 5 1 CHAPITRE Œil, lentilles minces et images OBSERVER > Manuel pages 14 à 37 Choix pédagogiques Ce premier chapitre débute par une description succincte de l’anatomie de l’œil réel et sa mise en correspondance avec le modèle de l’œil réduit. Après avoir énoncé les propriétés des rayons de lumière traversant une lentille mince convergente, l’élève détermine graphiquement la position et la taille de l'image d'un objet-plan pour différentes positions de ce dernier. La relation de conjugaison des lentilles minces est introduite lors d’une démarche d’investigation dans laquelle l’élève modé- lise le comportement d’une lentille mince convergente à partir d’une série de mesures. Le phénomène d’accommodation de l’œil, puis la comparaison des fonctionnements optiques de l’œil et de l’appa- reil photographique, permettent à l’élève de réinvestir les compétences de ce chapitre dans des situations concrètes. OUVE RTU RE DE CHAPITRE Observation d’une poire à travers une lentille convergente. Pourquoi la poire semble-t-elle renversée ? Cette première photographie permet de faire le lien avec le programme de Seconde. En effet, la lumière traverse des milieux transparents différents et subit donc la réfraction. Le morceau de verre, à travers lequel l’ob- servation de la poire a lieu, a une forme particulière qui permet d’obtenir une image de la poire plus petite et renversée. On pourra demander aux élèves s’ils ont déjà utilisé des lentilles dans leur vie quotidienne et s’ils ont pu observer une image renversée et plus petite dans ces conditions d’observation. On pourra faire remarquer que suivant les conditions d’observation, les caractéristiques de l’image sont différentes. Le nuage et les doigts sont tous les deux nets sur la photographie. Sans appareil photographique, serait-il possible de voir nets en même temps le nuage et les doigts ? Cette photographie doit amener l’élève à réfl échir à une situation où il aurait pu observer en même temps un objet éloigné et un objet proche. L’œil ne permet pas cette observation. Il faut alors réfl échir sur le mode de fonctionnement de l’œil, en faisant remarquer qu’un travail de précision peut conduire à une fatigue oculaire et des maux de tête. L’œil présente des différences lors de l’observation d’un objet proche ou d’un objet éloigné : on pourra alors introduire le terme d’« accommodation » de l’œil. L’étude de cette photographie peut aussi permettre de lancer la discussion sur les fonctionnements comparés de l’œil et de l’appareil photographique. Vidéo Débat : Une technique de survie pour faire du feu sans allumette. Pourquoi une loupe permet-elle d’allumer un feu lors d’une journée ensoleillée ? Cette vidéo montre aux élèves comment une lentille convergente peut dévier et faire converger les rayons du Soleil en un point. On peut introduire la notion de foyer, puisque ce point caractéristique des lentilles correspond à l’endroit où il faut placer les brindilles pour qu’elles s’enfl amment. On peut également en profi ter pour rappeler qu’observer le Soleil présente des risques puisque notre œil est constitué de milieux transparents qui jouent le rôle d’une lentille convergente. Les rayons du Soleil convergeraient alors sur la rétine, où les cellules réceptrices pourraient être brûlées. ACTIVITÉS 1. ACTIVITÉ DOCUMENTAIRE Anatomie et modèle de l’œil réduit Commentaires Cette activité débute par des rappels sur les conditions de visibilité d’un objet. Elle permet également de présen- ter l’œil réel et d’introduire les trois éléments de l’œil jouant un rôle principal dans la vision : l’iris, le cristallin et la rétine. En s’aidant des documents, l’élève est amené à proposer une modélisation optique de l’œil réel, appelée modèle de l’œil réduit. Réponses RESTITUER 1. a. Le crayon diffuse la lumière jusqu’à notre œil. C’est un objet diffusant. b. La lumière permettant la vision du crayon part du crayon pour arriver à l’œil. 6 S’APPROPRIER 2. a. L’image du crayon est renversée et plus petite. b. La cornée et le cristallin sont les milieux transparents à l’origine du changement de direction des rayons de lumière qui pénètrent l’œil. c. L’iris permet de contrôler la luminosité entrant dans l’œil. Le diamètre de la pupille diminue quand la lumi- nosité augmente. ANALYSER 3. a. La rétine est une membrane sur laquelle se forme l’image d’un objet, c’est un écran. b. Modèle de l’œil réduit : Œil réel Modèle de l’œil réduit Limitation de la lumière pénétrant dans l’œil iris diaphragme Système optique ensemble des milieux transparents (cornée, cristallin…) lentille mince convergente Lieu de formation de l’image rétine écran situé à une distance constante de la lentille iris cornée pupille cristallin muscles ciliaires rétine nerf optique écran diaphragme lentille convergente d constante La distance entre la lentille et l’écran reste constante, car le globe oculaire ne se déforme pas, quelle que soit la position de l’objet. VALIDER 4. Non, le nerf optique et le cerveau ne doivent pas être endommagés pour voir correctement. 2. ACTIVITÉ EXPÉRIMENTALE Image donnée par une lentille convergente Commentaires Cette activité expérimentale débute par l’observation simple d’objets proches et éloignés à travers une lentille convergente. Les élèves sont ensuite amenés à faire un montage sur banc optique afin de trouver la position des images associées à différentes positions d’un objet. Des constructions graphiques permettent de vérifier les caractéristiques (position, grandeur et sens) des images trouvées expérimentalement. Chacun des cas étudiés est associé à des instruments utilisant des lentilles convergentes. Réponses RÉALISER 1. a. L’image d’un objet proche observé à travers une lentille convergente est agrandie et droite (loupe). L’image d’un objet éloigné observé à travers une lentille convergente est plus petite et renversée. b. La distance entre la lentille et l’écran est égale à OA’ = 33 cm. c. L’image A’B’ est observable sur un écran tel que : OA’ = 33 cm. Sa taille A’B’ = –1,7 cm : l’image est renversée. 2. Distance Position de l’image Grandeur Sens d2 = 32,5 cm 20,3 cm 0,6 cm renversée d3 = 7,5 cm devant la lentille (non observable sur un écran) plus grande droite 3. Construction graphique d1 = 20,0 cm : O F’ F A’ B A 10 cm B’ d2 = 32,5 cm : O F’ F A’ B A B’ 10 cm d3 = 7,5 cm : O F’ F B A A’ B’ 5 cm VALIDER 4. a. Les caractéristiques des images déterminées par construction graphique et celles des images observées lors de l’expérience sont identiques. b. La situation où la distance objet − lentille d3 = 7,5 cm modélise la loupe (image virtuelle, droite et agrandie), 7 celle où d1 = 20,0 cm modélise le vidéoprojecteur (image agrandie), et celle où d1 = 32,5 cm modélise l’appareil photographique. 3. DÉMARCHE D’INVESTIGATION Modélisation du comportement d’une lentille mince convergente Commentaires Pour cette démarche d’investigation, se reporter aux fiches-guides élève et professeur sur le site : www.nathan.fr/sirius2015 4. ACTIVITÉ EXPÉRIMENTALE Le phénomène d’accommodation Commentaires Même si elle est très rapide, l’accommodation n’est pas instantanée. Elle est nettement visible lorsque le regard passe d’un objet lointain à un objet proche sans bouger les yeux, d’où l’intérêt d’observer à travers un transpa- rent. Cette première expérience faite, il faut montrer que c’est le cristallin qui se déforme lors de l’accommo- dation. Nous avons préféré utiliser différentes lentilles que les élèves peuvent ensuite comparer plutôt qu’une maquette de l’œil, qui sera utilisée dans l’activité 5. Réponses RÉALISER 1. a. et b. Lorsqu’on observe le bâtiment ou le paysage lointain, celui-ci est net alors que le texte est flou. Quand on fixe le texte sans bouger les yeux, le texte devient net et le paysage devient flou. On ne peut pas voir en même temps de façon nette le paysage et le texte. 2. a. La distance lentille-objet lumineux est égale à 6,7 cm. b. À l’aide des relations de conjugaison, on calcule la distance OA : 1 OA’ + – 1 OA = 1 f’ soit 1 OA = 1 OA’ – 1 f’ donc OA = f’ × OA’ f’ – OA’ = 5 × 20 5 – 20 = –6,7 cm. c. et d. Distance focale de la lentille Distance lentille-objet OA 10 cm –20 cm 20 cm infinie La lentille de distance focale 5 cm est la plus bombée, alors que la lentille 20 cm est la uploads/s3/ ldp-sirius-1res.pdf