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Publié : 16 octobre 2006

Une utilisation des TICE pour découvrir l’expérience de la décomposition de la lumière blanche par Newton

Une utilisation des TICE pour découvrir
l’expérience de la décomposition de la lumière blanche par Newton

Par Jacques Bouret, professeur de sciences physiques

au collège d’Auffay (Seine-Maritime)

Ce travail peut être proposé à des élèves de quatrième dans le cadre de la rubrique du programme "B- La lumière 1- Sources de lumière" pour montrer une manière d’obtenir le spectre continu de la lumière blanche. Il peut aussi être proposé aux élèves de première L pour le thème obligatoire "La représentation visuelle du monde" pour la rubrique "Lumières colorées- Couleurs des objets".
Il a pour objet de répondre au sujet suivant :

Sujet : En 1665, Newton décompose la lumière blanche à l’aide d’un prisme.

Vous allez refaire l’expérience de Newton.
Pour cela, vous devez d’abord faire le schéma de l’expérience, établir le protocole et faire la liste de matériel dont vous avez besoin.
Pour effectuer ce travail,
- vous allez d’abord chercher sur Internet des sites relatant cette expérience de Newton.
- les sites trouvés vous permettront ensuite de faire le schéma et le protocole de l’expérience et de lister le matériel dont vous avez besoin.
- enfin vous pourrez réaliser l’expérience. 

Ce travail est constitué par l’enchaînement de plusieurs séquences ayant pour appui une recherche sur Internet :

  • 1ère séquence : Recherche de sites Internet sur la décomposition de la lumière par Newton.
  • 2ème séquence : Exploitation des sites trouvés pour préparer la manipulation "Décomposition de la lumière blanche à l’aide d’un prisme".
  • 3ème séquence : Réalisation de l’expérience.
  • 4ème séquence  : (facultative) : Étude de texte montrant l’interprétation différente que font Aristote et Newton de cette expérience.

Conclusion
L’utilisation des TICE permet ici aux élèves de découvrir de façon plus autonome l’expérience de la décomposition de la lumière blanche par le prisme.
Cette recherche sur un sujet d’histoire des sciences est aussi l’occasion pour les élèves qu’ils remettent en cause la conception souvent assez dogmatique qu’ils se font des sciences.

 

 

1ère séquence : Recherche de sites Internet sur la décomposition de la lumière par Newton

Objectif  : utiliser un ou des moteurs de recherche pour trouver des sites contenant une illustration de l’expérience de Newton.

Durée  : 1 heure

  • Présentation de quelques moteurs de recherches et méthodologie de recherche (document joint).
  • Chaque élève doit remplir une fiche - élève (document joint) restituant leur travail de recherche de sites.  
  • Chaque élève doit garder en mémoire l’adresse des sites trouvés en utilisant les favoris.

Commentaires
Cette recherche s’effectue par groupe de deux élèves.
Pour les élèves qui n’ont jamais utilisé les années précédentes des moteurs de recherche, il faut commenter la méthode de recherche de sites sur Internet en développant le fonctionnement des deux types de moteurs et les modes d’indexation des pages Web.
Le choix des mots-clés à indiquer au moteur de recherche n’est pas toujours simple : il est ici facilité par la phrase d’intitulé du sujet qui contient tous les mots-clés qui permettent de faire une recherche fructueuse. La difficulté réside en fait non pas à trouver des sites traitant de l’expérience de Newton mais de sélectionner parmi ces sites ceux qui présentent une illustration (photo, dessin, schéma) commentée de la décomposition de la lumière blanche par Newton.
Chaque groupe d’élèves doit enfin garder en mémoire l’adresse des quelques sites sélectionnés en utilisant les favoris. La gestion des favoris peut poser des problèmes dans le cas de machines de salles informatiques dans lesquelles passent de nombreuses classes. Pour résoudre ce problème de sauvegarde, une autre alternative consiste à copier l’adresse du site et à la coller dans un document Word Pad, utilitaire présent sur toutes les machines. Il suffira ensuite soit d’imprimer ce document soit de le copier sur une disquette mise à la disposition des élèves.

 

 

2ème séquence : Exploitation des sites trouvés pour préparer la manipulation
"Décomposition de la lumière blanche à l’aide d’un prisme"

Objectifs  :
- extraire des informations d’un site Internet.
- établir un protocole d’expérience.

Durée : 30 minutes

Les élèves consultent les sites dont les adresses ont été sauvegardées précédemment pour préparer la manipulation qu’ils réaliseront.

Pour cela, ils répondent par écrit sur une copie aux questions suivantes :

1) Effectuez le schéma de l’expérience "Décomposition de la lumière blanche par le prisme".

2) Rédigez le protocole de cette expérience.
3) Faites la liste du matériel dont vous aurez besoin pour réaliser cette expérience.
4) Donnez l’adresse des sites Internet consultés.

 

 

3ème séquence : Réalisation de l’expérience

Objectifs :
- décomposer la lumière blanche par le prisme.
- exécuter un protocole d’expérience.

Durée :
15 minutes

Les élèves exécutent le protocole qu’ils ont proposé et donnent les résultats de leurs observations sur la feuille ci-dessous :
Exécutez le protocole que l’on vous a proposé pour décomposer la lumière blanche par le prisme et donnez avec précision sur le schéma ci-dessous les résultats de votre manipulation.

 

Le matériel fourni aux élèves est le coffret d’optique disponible chez la plupart des fournisseurs et comportant un ensemble d’accessoires et une source lumineuse pour l’étude des principes de base en optique

Cette séquence peut être suivie par une étude de texte qui montre l’interprétation différente que font Aristote et Newton de cette expérience.

 

 

4ème séquence : Texte : Interprétation de l’expérience de la décomposition de la lumière blanche par Aristote et Newton

Objectif : comprendre l’évolution d’une théorie scientifique

Durée :
30 minutes

1) Pour comprendre comment on expliqua cette expérience jusqu’aux travaux de Newton en 1665, lisez attentivement le texte ci-dessous et répondez aux questions qui le suivent :

Depuis l’Antiquité, le phénomène est bien connu et est lié à l’arc-en-ciel. Pour beaucoup de monde, l’explication repose sur la théorie d’Aristote (384 av JC- 322av JC) : la lumière naît blanche et les couleurs naissent successivement de son affaiblissement. Le rouge et le jaune, couleur de la flamme, correspondent à de la lumière blanche peu affaiblie ; par contre le vert, le bleu puis le violet correspondent à de la lumière blanche plus affaiblie. Pour Aristote, le verre est une matière qui affaiblit la lumière qui le traverse

a) Tracez sur le schéma de votre expérience faite précédemment, les trajets suivis par les rayons rouge et bleu depuis l’entrée au point I du faisceau lumineux blanc dans le prisme.

b) Quel est de ces deux rayons celui qui a été le plus dévié ?

Quel est celui qui a traversé la plus grande épaisseur de verre ?

c) Expliquez pourquoi, d’après la théorie d’Aristote, le rayon le plus dévié est bleu.

2) Au XVII ème siècle, Newton fit une expérience qui remit en cause la théorie d’Aristote. Lisez attentivement le texte ci-dessous et répondez aux questions qui le suivent :

En 1665, Newton termine ses études à Cambridge quand la peste entraîne la fermeture de l’université. Newton doit rentrer chez lui à la campagne. Newton va y passer un an de vacances tout en poursuivant ses expériences commencées à Cambridge sur les irisations obtenues à la sortie du prisme.
Il essaie d’abord de trouver un modèle rendant compte de cet affaiblissement progressif de la lumière par le verre. Puis il lui vient une idée : la lumière blanche est déjà un mélange de lumières de toutes les couleurs et le prisme les dévie différemment.
Pour vérifier son hypothèse, il réalise l’expérience suivante.

Un pinceau de lumière solaire, ayant traversé un trou dans les volets, tombe sur un prisme qui en donne un spectre étalé et irisé sur une planchette.
Dans cette planchette, il perce un trou placé dans la partie bleue du spectre pour laisser passer un pinceau bleu. Il place ensuite un deuxième prisme sur le trajet de ce pinceau bleu : celui-ci est à nouveau dévié mais n’est plus irisé et surtout garde la même couleur après avoir traversé le verre du prisme.
Il conclut que le verre du prisme ne colore pas la lumière qui le traverse mais sépare seulement en les déviant différemment des rayons colorés préexistants.
La lumière est donc un mélange d’une infinité de couleurs.

 

a) En quoi la théorie de Newton sur la nature de la lumière est différente de celle d’Aristote ?

b) Quelle partie de son expérience Newton a-t-il utilisé pour montrer que la théorie d’Aristote était fausse ?

c) Indiquez cette expérience en complétant le schéma de votre expérience.

 

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