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Livre du professeur - PC 1re - Chapitre 17 : Images et couleurs Chapitre 17 : I

Livre du professeur - PC 1re - Chapitre 17 : Images et couleurs Chapitre 17 : Images et couleurs Présentation Ce chapitre prolonge l’étude de l’optique traitée en classe de seconde. Il s’appuie donc sur les tracés de rayons dans le cas des lentilles convergentes, le modèle de l’œil réduit, ainsi que les notions de couleurs et de dispersion de la lumière. Le chapitre aborde deux thèmes bien distincts : l’analyse des couleurs par synthèse additive et soustractive et l’étude de l’image d’un objet par les relations de conjugaisons de Descartes dans le cas de la lentille convergente. La première partie se traite avec une approche plutôt qualitative alors que la seconde est l’occasion d’introduire une démarche calculatoire nouvelle. Place dans la progression Les prérequis de ce chapitre sont associés au programme de seconde. Il s’agit donc d’un chapitre qui peut être traité à n’importe quel moment de l’année. Dans les propositions des progressions (téléchargeables en complément du livre du professeur), nous avons souhaité respecter dans une première proposition l’ordre qui est proposé dans le Bulletin Officiel. Le chapitre s’intègre alors dans un bloc intitulé « Ondes et signaux » (thème 4 du BO). Dans une seconde proposition de découpage, ce chapitre est traité en milieu d’année dans une partie « Ondes », associée au chapitre 16 qui traite des « Ondes mécaniques ». Présentation 1 Place dans la progression 1 Activités 2 Activité expérimentale 1 : Synthèse additive des couleurs et trichromie 3 Activité d’exploration 2 : Vision des couleurs et trichromie 5 Activité expérimentale 3 : Synthèse soustractive et vision d’objets colorés 6 Activité expérimentale 4 : Relations vérifiées par une lentille convergente 7 Cours 10 Exercices 10 QCM 10 Pour s’échauffer 11 Pour commencer 12 Différenciation 15 Pour s’entraîner 17 Pour aller plus loin 21 Document sous licence libre Creative Commons 1 Livre du professeur - PC 1re - Chapitre 17 : Images et couleurs Problème à résoudre 24 Retour sur l’ouverture du chapitre 25 Travailler autrement 25 Activités Une place importante a été accordée aux activités expérimentales, ce chapitre s’y prêtant bien. Les deux synthèses de couleurs sont étudiées ainsi que les lois de conjugaison des lentilles convergentes. Une activité de découverte est proposée sur la compréhension de la couleur perçue des objets, avec une attention portée sur le daltonisme. Activité expérimentale 1 : Synthèse additive des couleurs et trichromie Présentation Cette activité expérimentale traite de la synthèse additive et donc de la superposition de lumières colorées. Le but est d’obtenir les couleurs secondaires à partir des couleurs primaires à l’aide d’une lampe « 3 miroirs » ou de tout autre montage permettant de superposer des lumières colorées. Durée estimée ● Un séance 55 minutes est prévue pour cette activité expérimentale. Il est possible de l’adapter à la durée souhaitée de la séance. Lien avec le programme ● Le programme invite explicitement à illustrer expérimentalement la synthèse additive, et la notion de trichromie sera abordée. Compétence ➔APP : Extraire les informations utiles sur des supports variés. Résultat des expériences Document sous licence libre Creative Commons 2 Livre du professeur - PC 1re - Chapitre 17 : Images et couleurs Réponse détaillée 1. Le protocole est le suivant : ● disposer une source « 3 miroirs » devant un écran. Utiliser le filtre rouge sur le devant de la lampe et le filtre bleu sur un des côtés (pour remplir la quatrième ligne du tableau) ; ● tourner le miroir afin que la lumière rouge et la lumière bleue se superposent sur l’écran ; ● remplir le tableau ; ● possibilité d’utiliser le troisième miroir pour la septième ligne ; ● faire de même pour les autres lignes du tableau en changeant les filtres colorés. 2. Ce type de synthèse est dite « additive » car les lumière colorées sont superposées, additionnées. La situation initiale, un écran noir, correspond à une absence de couleur puis des couleurs sont ajoutées sur l’écran et elles s’additionnent les unes aux autres. 3. On peut compléter le schéma du document avec le protocole proposé à la question précédente. Document sous licence libre Creative Commons 3 Livre du professeur - PC 1re - Chapitre 17 : Images et couleurs 4. D’après la définition donnée dans le doc. 1, on peut donner les couples de couleurs complémentaires suivants : bleu/jaune ; vert/magenta et enfin rouge/cyan. Pour le vérifier, on peut utiliser deux couleurs primaires qu’on superpose pour obtenir une couleur secondaire à laquelle on superpose la troisième couleur primaire. On obtient donc du blanc. 5. Dans le schéma récapitulatif, les couleurs complémentaires sont l’une en face de l’autre. Synthèse Pour obtenir l’intégralité des couleurs de l’arc-en-ciel avec les trois couleurs primaires, il suffit de les additionner en faisant varier l’intensité lumineuse de chaque lumière colorée. Aide et éléments différenciants En fonction du matériel à disposition, le TP peut être modifié. En effet on peut utiliser des lampes à intensité variable ou des filtres de couleurs secondaires. Activité d’exploration 2 : Vision des couleurs et trichromie Présentation Cette activité permet de découvrir le principe de perception des couleurs, et de comprendre le fonctionnement de l’œil sur ce sujet. Lien avec le programme ● Le programme invite à découvrir le fonctionnement de l’œil en termes de perception des couleurs. Les concepts de diffusion, de transmission et d’absorption sont aussi abordés afin de comprendre l’origine de la couleur des objets. Compétences ➔RAI/ANA : Utiliser des documents pour répondre à une problématique ➔COM : compte rendu écrit avec un vocabulaire scientifique rigoureux Réponse détaillée 1. L’œil contient trois types de cônes qui permettent la perception de radiations lumineuses correspondant aux trois couleurs primaires. La palette des couleurs existantes est perçue par superposition des signaux lumineux captés par ces trois types de cônes, d’où le terme de vision trichromatique. 2. Dans l’exemple du doc. 2, la couleur absorbée est le rouge et les couleurs transmises ou diffusées sont le vert et le bleu qui, par synthèse additive, donnent la couleur cyan, d’où la couleur perçue de l’objet. Un objet coloré absorbe donc sa couleur complémentaire, celle qui se trouve à l’opposé dans le cercle chromatique du doc. 4. Document sous licence libre Creative Commons 4 Livre du professeur - PC 1re - Chapitre 17 : Images et couleurs 3. La sensibilité des cônes verts et rouges, en terme de longueur d’onde, sont très proches. Ainsi, le daltonien dont le cône vert dysfonctionne fait une confusion entre les radiations rouges et vertes. 4. Un daltonien dont le cône bleu dysfonctionne ne peut pas percevoir la couleur bleue. Or, l’objet du doc. 2 diffuse le vert et le bleu. Ce daltonien ne percevra que le vert : il verra donc l’objet vert. Synthèse Le fond de l’œil humain est tapissé de capteurs sensibles aux trois couleurs primaires (vert, bleu et rouge) : les cônes. Le cerveau effectue la synthèse additive des couleurs dont les cônes correspondants ont été activés. Un daltonien a un type de cône qui dysfonctionne : il ne perçoit donc pas une des trois couleurs primaires. Activité expérimentale 3 : Synthèse soustractive et vision d’objets colorés Présentation Cette activité expérimentale a pour objectif de comprendre l’impact d’un éclairage de couleur spécifique sur la perception de la couleur d’un objet. Durée estimée ● La durée estimée pour cette activité expérimentale est 55 minutes mais elle peut être adaptée pour 90 minutes. Lien avec le programme ● Le programme incite à découvrir expérimentalement la synthèse soustractive et l’absorption des couleurs par un objet coloré. La superposition de plusieurs filtres colorés et leurs effets sur une lumière incidente est aussi à traiter. Compétence ➔COM : Compte rendu écrit avec un vocabulaire rigoureux Résultat des expériences Document sous licence libre Creative Commons 5 Livre du professeur - PC 1re - Chapitre 17 : Images et couleurs Réponse détaillée 1. Dans un premier temps, afin de vérifier le schéma du doc. 1, il faut utiliser la source de lumière blanche et disposer les filtres les uns sur les autres pour absorber les couleurs. Par exemple, si on souhaite connaître le résultat d’un éclairage cyan et jaune, on dispose devant la source de lumière blanche le filtre cyan puis le filtre jaune. On obtiendra la couleur verte sur l’écran. 2. Voir la partie « Résultats des expériences ». 3. Le principe de la synthèse soustractive est d’avoir une lumière blanche, composée des trois couleurs primaires, ou un objet blanc qui diffuse les trois couleurs primaires. En disposant des filtres colorés devant la lumière blanche, celle-ci absorbe et soustrait donc ces radiations précises à la lumière initiale. Synthèse La costume cyan du musicien absorbe la couleur complémentaire du cyan, c’est-à-dire le rouge. Il diffuse ainsi le vert et le bleu. Sous une lumière verte, l’objet qui diffuse le vert apparaît donc vert alors que sous une lumière rouge, l’objet qui absorbe le rouge apparaîtra noir. Aide et éléments différenciants En fonction du matériel à disposition, l’expérience peut être adaptée. Il faut cependant utiliser un objet mat et non brillant sans quoi l’expérience n’est pas uploads/s3/ pc-1spe3-s8-zaoui-chapitre17.pdf