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Exercices

Sommaire

Je me teste

Exercice corrigé

11

Éclipse de Lune.

Lors d’une éclipse de Lune, la Lune passe dans une zone que la lumière du Soleil ne peut atteindre, la Terre faisant obstacle.
1.
Recopie et complète le schéma en traçant deux rayons de lumière émis par le Soleil :
l’un issu de S1 et passant par N ;
l’autre issu de S2 et passant par S.
2.
Quelle est la source primaire de lumière ?
3.
Peut-on regarder une éclipse de Lune à l’œil nu sans danger ?
4.
Fait-il jour ou nuit aux points A, B et C ? Justifie tes réponses.
Doc. 1
La Lune à différents moments de son éclipse.
Doc. 2
Éclipse de Lune.

Étapes de la méthode

  • Les rayons de lumière qui partent des extrémités opposées de la source et qui effleurent l’obstacle délimitent la zone que la lumière n’atteint pas.
  • La Lune est un objet diffusant car elle renvoie la lumière du Soleil mais n’émet pas sa propre lumière.
  • La lumière diffusée par la Lune est considérablement moins intense que celle du Soleil.
  • Là où il fait jour sur Terre, on reçoit la lumière du Soleil.

Corrigé :

  • Consulte le schéma ci-dessous.
  • La source primaire de lumière est le Soleil.
  • La Lune n’est pas une source de lumière dangereuse comme le Soleil. On peut donc observer le phénomène à l’œil nu.
  • Il fait nuit aux points A et C car ils ne reçoivent pas la lumière du Soleil. Il fait jour au point B car il reçoit la lumière du Soleil.
Doc. 3
Schéma corrigé.
12

Éclipse de Soleil.

Lors d’une éclipse de Soleil, la Lune masque le Soleil. L’ombre portée de la Lune se forme sur la surface de la Terre.
1.
Recopie et complète le schéma en traçant deux rayons de lumière émis par le Soleil qui délimitent l’ombre de la Lune à la surface de la Terre.
2.
Quelle est la source primaire de lumière ?
3.
Peut-on observer sans risques une éclipse de Soleil à l’œil nu ?
Doc. 4
Éclipse de Soleil.

Je m'entraine

13

Chez le photographe.

Les photographes utilisent parfois des parapluies blancs pour obtenir un éclairage uniforme et plus naturel lors d’une séance photo.
1.
À quelle catégorie de sources de lumière le parapluie blanc appartient-il ?
2.
À quelle catégorie de sources de lumière le flash appartient-il ?
3.
Reproduis et complète le schéma en traçant un rayon de lumière montrant le trajet de la lumière du flash à l’appareil photo.
Doc. 1
Photographe.
14

L’étoile du Berger.

Une étoile est un astre qui produit lui-même sa lumière. Mais l’étoile du Berger n’est pas une étoile, c’est la planète Vénus.
1.
À quelle catégorie de sources de lumière Vénus appartient-elle ?
2.
Comment expliquer que Vénus puisse être confondue avec une étoile ?
15

Théâtre d’ombres.

Les ombres d’un théâtre d’ombres peuvent être obtenues en recréant les contours d’objets ou de personnages avec l’ombre portée des mains.
1.
Définis ce qu’est une ombre portée.
2.
Quel type d’objet est indispensable à la formation d’une ombre à partir d’une source de lumière ?
3.
Qu’est-ce qui joue ce rôle dans les ombres que décrit l’énoncé ?
16

Les nautiles.

Les nautiles sont des mollusques qui vivent dans la mer. Ils ont très peu changé depuis 400 millions d’années. Ainsi, leur œil n’est constitué que d’une chambre noire, comme un sténopé.
1.
Décalque et complète le schéma suivant en traçant deux rayons de lumière permettant d’expliquer la formation d’une image au fond de l’œil d’un nautile.
Doc. 2
Nautile.
Doc. 3
Œil de nautile.
17

Une salle de classe.

Dans une salle de classe, il y a deux piliers. Le tableau est séparé en  parties T1, T2 et T3.
1.
Julien peut-il voir tout ce que le professeur écrit sur la partie T3 du tableau ? Justifie ta réponse.
2.
Le camarade derrière Julien peut-il voir cette partie T3 ? Justifie ta réponse.
3.
Quelle partie du tableau Clara aura-t-elle du mal à voir à cause du pilier P1 ?
Doc. 4
Salle de classe.
18

Pointeur laser.

Dans certaines conférences, le conférencier dispose d’un pointeur laser pour montrer les images qu’il commente.
1.
Pourquoi le conférencier doit-il faire très attention à la direction dans laquelle il oriente son pointeur ?
19

Des mots pour une phrase.

Utilise les mots pour construire des phrases correctes.
1.
Sources primaires - objets - lumière.
2.
Objets diffusants - lumière - directions.
3.
Voir - objet - oeil.
4.
Lumière - propage - transparent.

Une notion, trois exercices

20

Des gilets de haute visibilité

Les gilets de sécurité sont utilisés par les cyclistes pour être vus lorsqu’ils circulent sur la route la nuit. Lorsqu’ils ne sont pas éclairés directement par une lampe, ils sont jaunes fluorescent avec des bandes grises. Lorsqu’ils sont éclairés directement par des phares, les bandes grises deviennent brillantes et peuvent être vues de loin.
1.
Quelles sont les conditions de visibilité d’un objet ?
2.
Les bandes grises peuvent être interprétées comme des écrans hautement réfléchissants. De quel type de sources de lumière s’agit-il ?
3.
Que fait la lumière des phares lorsqu’elle atteint les bandes grises ?
4.
Propose une explication du changement d’aspect des bandes grises des gilets de haute visibilité.
20

Observer les planètes

Cinq planètes de notre système solaire sont observables à l’œil nu dans le ciel nocturne : Vénus, Mars, Jupiter, Mercure et Saturne. On a longtemps cru que ces cinq planètes étaient des étoiles particulières, car on ne pouvait pas différencier leur éclat de celui des étoiles. On sait aujourd’hui que ces astres diffusent la lumière émise par un autre astre.
1.
Donne le type de sources de lumière auquel correspondent les planètes.
2.
Quel astre produit la lumière diffusée par les planètes ?
3.
Décris le trajet de la lumière permettant de voir une planète depuis sa source primaire jusqu’à l’œil d’un observateur sur Terre.
20

Pourquoi a-t-on les yeux rouges sur les photos ?

Frédéric regarde une photo qu’un ami a prise : il constate qu’il a les yeux rouges. Il suppose que c’est à cause du flash.
1.
Sachant que la rétine peut se comporter comme un écran, déduis-en le trajet de la lumière émise par le flash de l’appareil photo et explique la coloration des yeux rouges sur la photo.
Doc. 1
Observation d'un œil.

J'approfondis

21

Poissons lumineux.

Certains poissons prédateurs des grandes profondeurs attirent leurs proies en émettant de la lumière grâce au phénomène de bioluminescence.
1.
À quelle catégorie de sources de lumière appartiennent ces poissons ?
2.
À quelle catégorie de sources de lumière appartiennent, a priori, leurs proies ?
22

Méthode de visée.

Pour évaluer la taille d’un arbre, Yohan utilise la méthode de visée. Pour cela, il tient un crayon devant lui bras tendu et se déplace jusqu’à ce que le crayon cache l’arbre, et semble faire la même taille.
1.
Pourquoi Yohan ne voit-il plus l’arbre ?
2.
Reproduis la situation sur un schéma simple et trace les rayons de lumière qui bordent la zone que masque alors le crayon.
Doc. 1
Méthode de visée.
23

Au ski.

Lorsque l’on fait du ski en montagne, il est conseillé de porter des lunettes de soleil.
1.
Que fait la lumière du Soleil quand elle rencontre la neige ?
2.
Pourquoi est-il conseillé de porter des lunettes de soleil ?
24

Le cadran solaire.

Un cadran solaire est composé d’une plaque graduée en heure et d’une tige (gnomon) dont l’orientation dépend de la latitude du lieu où est installé le cadran. L’ombre du gnomon indique l’heure tout au long de la journée.
1.
Pourquoi le gnomon a-t-il une ombre ?
2.
Recopie puis complète le schéma en traçant un rayon de lumière délimitant l’ombre du gnomon :
Doc. 2
Le cadran solaire.
Doc. 3
Cadran.
25

Niveau laser.

Charlie veut poser deux cadres photos à la même hauteur, sur deux murs opposés de sa chambre. Pour cela elle utilise un niveau laser qui projette sur les murs un trait repérant la hauteur choisie.
1.
Quelle propriété de la propagation de la lumière est utilisée dans ce dispositif ?
2.
À quelle catégorie de sources de lumière appartient le mur ?
3.
Quelle précaution importante doit prendre Charlie lors de ces opérations ? Pour quelles raisons ?
26

Observation du ciel.

La nuit, quand le ciel est dégagé, il est possible d’observer les étoiles et certaines planètes du système solaire. À l’œil nu, une planète et une étoile se ressemblent (point lumineux dans le ciel) mais au télescope on peut les distinguer.
1.
Quelle est, du point de vue de la lumière envoyée, la différence entre une planète et une étoile ?
2.
Une planète observée avec un télescope apparait-elle toujours comme un disque lumineux ? Explique ta réponse.
27

Éclipse de Soleil.

Lucas a demandé à ses parents de lui acheter des lunettes spéciales pour observer l’éclipse.
1.
Pour quelle raison doit-il utiliser ces lunettes ?
28

Éclipse annulaire.

Une éclipse annulaire a lieu lorsque la Terre se trouve plus proche du Soleil que de la Lune. La Lune ne parait pas assez grande pour masquer tout le Soleil.
1.
À l’aide d’un schéma (Terre-Lune-Soleil et ses rayons de lumière), explique pourquoi depuis la Terre on ne voit que le contour du disque solaire.
29

Soudure à l’arc.

Lorsqu’on fait de la soudure à l’arc, il est nécessaire de porter un masque ou des lunettes de protection dotées de verres teintés pour se protéger de la lumière très intense qui est émise.
1.
Pourquoi faut-il porter une protection pour les yeux lorsqu’on fait de la soudure à l’arc ?
2.
Pourquoi les verres des lunettes ou les masques de soudure sont-ils teintés ?
30

Observation de Mars.

À certaines périodes de l’année, on peut observer Mars avec un télescope.
1.
Mars est-elle une source primaire de lumière ou un objet diffusant ?
2.
Par quelle source primaire de lumière Mars est-elle éclairée ?
3.
Reproduis le schéma et trace le trajet d’un rayon de lumière venant de Mars passant par le point R, dans le télescope et en allant jusqu’à l’œil.
Doc. 4
Observation de Mars.
31

Une ombre la nuit.

Anne regarde par la fenêtre par une nuit de pleine Lune. Aucune lampe n’est allumée chez elle ou aux alentours. Pourtant, elle voit distinctement l’ombre de sa maison sur la pelouse du jardin.
1.
Comment est-il possible qu’Anne parvienne à voir l’ombre de sa maison, malgré l’absence de toute source primaire de lumière à proximité ?
32

Des signaux lumineux.

La lampe Aldis est une lampe conçue pour transmettre des messages codés sous forme de signaux lumineux. Elle est utilisée entre autres dans la Marine. Pour cela, la lampe du projecteur est soit cachée, soit visible.
1.
Que peux-tu dire concernant le matériau qui permet de cacher la lampe du projecteur ?
2.
Quel est l’avantage d’avoir un tel système à disposition sur les navires ?

Je résous un problème

Problématique

1.
Zoé et Jérémy partent en vacances. Il fait très chaud lorsque Jérémy aperçoit de l’eau sur la route. Zoé lui répond que c’est impossible ; cela doit être un mirage.

Recopie et complète le schéma du Doc. 2 afin d’expliquer la formation du mirage ainsi que la disparition apparente de la route.
Doc. 1
Mirage sur la route.
Quand la route est plus chaude que l’air au-dessus, l’air s’organise en couches de températures différentes. La lumière ne se propage alors pas de manière rectiligne dans l’ensemble de ces couches d’air proches de la route mais de manière courbe.
Doc. 2
Schéma du mirage à compléter.
L’observateur voit deux voitures car il situe les objets dans le prolongement des rayons de lumière qu’il reçoit.

Exercices supplémentaires

Les sources primaires dans la maison.

On trouve de nombreuses sources primaires de lumière dans une maison : les lampes, les écrans de télévision ou d’ordinateur, etc.
1.
Cite deux autres sources primaires de lumière que l’on peut rencontrer à la maison.
2.
Peut-on rencontrer des objets diffusants à la maison ? Si oui, lesquels ?

Texte à trous.

1.
Complète les phrases suivantes :

Voiture discrète.

Certaines voitures disposent de vitres teintées. De l’extérieur, on ne distingue pas ou peu les occupants du véhicule.
1.
À quel type de matériaux les vitres teintées appartiennent-elles ?
2.
Pourquoi ne distingue-t-on pas les occupants du véhicule depuis l’extérieur ?

Vrai ou faux ?

1.
Réponds par vrai ou faux et corrige les réponses fausses.

Salle de cinéma.

Lors de la projection d’un film, l’éclairage d’une salle de cinéma est éteint.
1.
L’écran de cinéma est-il un objet diffusant ou une source primaire de lumière ?
2.
Qu’en est-il des spectateurs et des fauteuils ?
3.
Un objet diffusant est-il obligatoirement éclairé par une source primaire de lumière ?

Sécurité d’un laboratoire.

Sur la porte d’un laboratoire dans lequel on utilise des lasers, on peut lire les indications suivantes :
“Attention, laser ! Entrée strictement réservée aux personnes autorisées.”
1.
Pourquoi ne peut-on pas entrer dans ce laboratoire sans autorisation ?

Observer les étoiles.

La nuit, on peut observer les étoiles mais seulement sous certaines conditions.
1.
À quel type de sources de lumière les étoiles appartiennent-elles ?
2.
Pourquoi ne peut-on pas voir les étoiles quand il y a des nuages ?
3.
Comment peut-on alors qualifier les nuages ?

Le bon mot.

1.
Choisis le bon mot dans les phrases suivantes.

Parcours de compétences

Parcours de compétences

Lorsqu’on dirige un faisceau laser vers un mur, on ne voit qu’un point. Si on saupoudre de la poussière de craie, on voit alors le faisceau lumineux apparaitre.
1.
Propose un schéma permettant de modéliser cette deuxième situation.

Niveau 1 - J’identifie le phénomène physique à expliquer.

Coup de pouce : Quelle est la condition pour voir un objet ?

Niveau 3 - J’utilise le modèle qui m’est proposé pour expliquer le phénomène.

Coup de pouce : Représente le trajet de la lumière laser dans l’air jusqu’à un grain de poudre de craie, puis le trajet de la lumière issue de ce grain et qui le rend visible.

Niveau 2 - Je fais le lien entre le phénomène et le modèle qui m’est proposé pour expliquer.

Coup de pouce : Retrouve dans le bilan la modélisation du trajet de la lumière.

Niveau 4 - Je propose un modèle permettant d’expliquer le phénomène.

Coup de pouce : Voit-on réellement le faisceau du laser ?
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DYS

Exercice 31 : Une ombre la nuit.

Anne regarde par la fenêtre par une nuit de pleine Lune. Aucune lampe n’est allumée chez elle ou aux alentours. Pourtant, elle voit distinctement l’ombre de sa maison sur la pelouse du jardin.

Question 1

Énoncé
Comment est-il possible qu’Anne parvienne à voir l’ombre de sa maison, malgré l’absence de toute source primaire de lumière à proximité ?
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