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Comment construire limage dun objet par une lentille convergente dans deux situations où on ne peut pas tracer au moins 2 des 3 rayons particuliers ? GRF.

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1 Comment construire limage dun objet par une lentille convergente dans deux situations où on ne peut pas tracer au moins 2 des 3 rayons particuliers ? GRF -Académie de Strasbourg 2008/09

2 Introduction Les élèves sont confrontés très rapidement aux règles de construction des images données par une lentille convergente. Ces règles sont souvent appliquées aux situations traditionnelles où lobjet est plus petit que la lentille. La séquence (45 minutes) permet de placer les élèves dans des conditions où leurs conceptions erronées apparaissent. Pour certains dentre eux, on ne peut pas forcement construire une image si on ne peut pas tracer les 3 rayons particuliers ; dans le cas dun objet plus grand que la lentille ou dans le cas dune lentille partiellement occultée en son centre. Ils sont amenés, par un questionnement et des vérifications expérimentales, à corriger leur fausse conception. On peut se limiter à une seule partie.

3 83 élèves ( TS, TS spé, 1 ère L et seconde) des lycées Bartholdi de Colmar, Schuré de Barr et Maurois de Bischwiller ont participé à cette séance

4 Pré requis des élèves Modèle du rayon lumineux ; association point-objet/point-image ; connaître les lentilles convergentes ; connaître la marche des rayons particuliers. Objectif de la séance Construire l'image d'un objet plus grand que la lentille ; construire l'image d'un objet à travers une lentille partiellement occultée. Conception(s) erronée(s) des élèves à dépasser (éventuellement) Certains élèves pensent qu'on ne peut pas obtenir l'image complète d'un objet si on ne peut pas tracer les 3 rayons particuliers.

5 I Objet plus grand que la lentille 1) Question : quelle image obtient-on sur un écran dune bouteille colorée fixée sur un mur (ou une vitre) à travers une lentille convergente, plus petite que lui ? Réponses proposées : a) Rien b) Seulement une partie de la bouteille c) L'image entière de la bouteille d) Je ne sais pas e) Autre

6 Résultats RéponseNombre délèvesPourcentage a) Rien33,6% b) Seulement une partie de la bouteille2631,3% c) Limage entière de la bouteille46 55,5% d) Je ne sais pas78,4 % e) Autre11,2 %

7 I Objet plus grand que la lentille

8 Des élèves ont trouvé la bonne réponse en faisant comme si la lentille était plus grande (mais sans la dessiner plus grande). Des élèves ont tracé le rayon passant par le centre optique pour trouver limage B sur lécran. 2 élèves ont prolongé la lentille en pointillés afin de tracer les rayons passant par les foyers de la lentille, en expliquant quils navaient pas modifié les dimensions de la lentille, mais lavaient simplement prolongée, utilisant ainsi une méthode similaire à celle permettant de tracer limage dun point-objet par un miroir plan. Comment tracer pour obtenir B si la position de lécran nest pas donnée : certains élèves ny arrivent pas. Certains élèves proposent de déterminer dabord la position de C, puis de tracer le rayon issu de B et passant par le centre optique ; sachant que lobjet AB est perpendiculaire à laxe optique, il en est de même pour AB: B sera donc le point dintersection du rayon issu de B et du segment perpendiculaire à laxe optique passant par C.

9 I Objet plus grand que la lentille 3) Discussion : mise en évidence des conceptions erronées des élèves (utilisation de transparents ou vidéo projecteur avec tableau blanc...) et correction de chacune de ces conceptions. Schémas délèves

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11 I Objet plus grand que la lentille 4) Réalisation de l'expérience pour vérification. 5) Application avec une visualisation d'un élément extérieur du paysage (ex. bâtiments extérieurs, clocher…).

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13 II Observation avec une lentille partiellement occultée

14 1) Question : quobserve-t-on, sur un écran, si on place un cache (gommette autocollante ou autre) au centre de la lentille, pour un objet plus petit que la lentille ? Réponse à la question a) il ny a pas dimage b) limage nest pas entière c) limage est entière d) autre e) je ne sais pas Lentille convergente F F Ecran B A C

15 Résultats RéponseNombre délèvesPourcentage a) il ny a pas dimage 910,8% b) limage nest pas entière 5161,5% c) limage est entière 2226,5% d) autre 00 % e) je ne sais pas 11,2%

16 II Observation avec une lentille partiellement occultée 2) Dans un deuxième temps, on propose aux élèves une autre question avec des propositions plus précises : Si limage nest pas entière : a) il manque le centre de limage b) il manque les bords de limage Si limage est entière : c) limage est nette et lumineuse d) limage est nette et peu lumineuse e) limage est floue et déformée Remarque à destination du professeur : ne pas donner ce questionnaire sur le même document sinon les élèves seraient influencés pour la réponse du 1).

17 Résultats RéponseNombre délèvesPourcentage a) il manque le centre de limage 3548,6% b) il manque les bords de limage 1622,2% c) limage est nette et lumineuse 22,8% d) limage est nette et peu lumineuse 1115,3% e) limage est floue et déformée 811,1%

18 6 élèves nont pas répondu 1 élève a proposé une autre réponse que celles proposées (limage est floue et déformée pour le cas « limage nest pas entière ».) 2 ont répondu (« il ny a pas dimage »).

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20 II Observation avec une lentille partiellement occultée 3) Question : demander aux élèves de tracer deux rayons pour un point quelconque C de l'objet sur le schéma ci-dessous. Lentille convergente F F Ecran B A C A C B

21 II Observation avec une lentille partiellement occultée Schémas d élèves

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23 II Observation avec une lentille partiellement occultée 4) Réalisation de lexpérience pour vérification. 5) Corrigé du schéma si nécessaire. 6) Test : lélève a-t-il corrigé ses conceptions erronées ? On cherche limage nette de lobjet sur lécran, puis on occulte une moitié de la lentille. Quobserve-t-on sur lécran ? Réponse à la question : a) pas dimage b) la moitié de limage c) limage entière d) autre réponse

24 Résultats RéponseNombre délèvesPourcentage a. Pas dimage0 0 % b. La moitié de limage9 10,9% c. Limage entière72 86,7% d. Autre réponse0 0% e. Je ne sais pas 2 2,4%

25 Faire lexpérience pour vérifier.


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