III - Lumière et images (durée conseillée : 4 h)

Sur la base d’un accord trouvé entre les professeurs de physique-chimie du collège, cette partie peut également être traitée dès le cycle central, dans le prolongement de l’étude de la lumière et des conditions de la vision..
La partie B du programme du cycle central du collège a proposé une première analyse des phénomènes lumineux en répondant aux questions “comment éclairer et voir ?”, “d’où vient la lumière ?” et “comment parvient-elle jusqu'à nos yeux ?”.
Dans le prolongement de cette problématique, la rubrique ci-dessous propose une première analyse de la formation des images.

Commentaires

Les seules images étudiées sont des images réelles, les expressions “ image réelle ” et “ image virtuelle ” ne seront pas introduites.
L'étude expérimentale des lentilles minces convergentes se fera en exploitant les éléments conceptuels introduits en quatrième : pour être vu, un objet doit envoyer de la lumière dans l'œil ; sauf accident (obstacle, changement de milieu...), la lumière se propage en ligne droite ; un objet diffusant (non noir), éclairé en lumière blanche, renvoie de la lumière dans toutes les directions.
On évoquera le foyer et la distance focale à propos de la concentration de l'énergie émise par une source éloignée. Cette propriété de concentrer l'énergie issue d'une source lointaine est un des éléments permettant de distinguer une lentille convergente d'une lentille divergente.
On peut faire observer une image réelle sur un écran translucide, puis, l'œil étant bien placé, faire remarquer que l'écran est inutile, et que l'image est visible directement, en lumière ambiante (on facilite l'accommodation en conservant un repère là où se trouvait l'écran).
La liste des appareils imageurs proposée est volontairement réduite. Le professeur ne se privera pas, s’il a à sa disposition un matériel ou des documents adéquats, d’illustrer ce sujet par la présentation d’autres appareils.
Dans le cas où les activités entreprises dans le cycle central auront fait une place à l’astronomie, il conviendra de les poursuivre en mettant l’accent sur l’appareil imageur utilisé. Si on ne dispose pas d’une lunette astronomique mais de jumelles à prisme, on mentionnera la présence du dispositif redresseur sans chercher à interpréter son fonctionnement.
L’œil est lui-même un appareil imageur. L’utilisation éventuelle d’une maquette modélisant l’œil peut permettre de comprendre que voir, c’est avoir une image nette sur la rétine. Dans le cas où la maquette se réduit à une lentille mince, on évitera d’affirmer que celle-ci s’identifie au cristallin car l’œil est un système optique épais et complexe dans lequel la cornée et l’humeur vitrée jouent un rôle important : on utilisera plutôt le terme “lentille équivalente à l’œil”.