FAUT VOIR CLAIR!

(1)

UNIVERSITÉ DU QUÉBEC À MONTRÉAL D

ÉPARTEMENT D

’

ÉDUCATION ET DE PÉDAGOGIE

Automne 2008

FAUT VOIR CLAIR!

Didactique des sciences et technologie au préscolaire primaire

par

S

TÉPHANIE

T

ELLIER

2011

WWW

.

MONCARTABLE

.

CA

(2)

TABLE DES MATIÈRES

MODULE 1 : SOURCES PRIMAIRES ET SECONDAIRES ... 5

CE QUE JE SAIS SUR LES SOURCES DE LUMIÈRE… ...5

EXPÉRIMENTATION ...6

CUEILLETTE DE DONNÉE ...6

NOTIONS SCIENTIFIQUES ...6

Source primaire ...6

Source secondaire ...7

CE QUE J’AI APPRIS SUR LES SOURCES DE LUMIÈRE… ...7

MODULE 2 : RÉFLEXION ET RÉFRACTION ... 9

CE QUE JE SAIS SUR LA RÉFLEXION ET LA RÉFRACTION… ...9

EXPÉRIMENTATION ... 10

Construit un périscope! ... 10

Observe la réfraction de la lumière! ... 11

CUEILLETTE DE DONNÉE ... 12

Réflexion ... 12

Réfraction ... 12

NOTIONS SCIENTIFIQUES ... 12

Réflexion ... 12

Réfraction ... 13

CE QUE J’AI APPRIS SUR LA RÉFLEXION ET LA RÉFRACTION ... 14

MODULE 3 : LES COULEURS ET LA DIFFRACTION DE LA LUMIÈRE BLANCHE ... 14

CE QUE JE SAIS SUR LES COULEURS ET LA DIFFRACTION… ... 14

EXPÉRIMENTATION ... 15

Crée un arc-en-ciel sans pluie! ... 15

CUEILLETTE DE DONNÉE ... 16

NOTIONS SCIENTIFIQUES ... 16

CE QUE J’AI APPRIS SUR LES COULEURS ET LA DIFFRACTION… ... 17

(3)

RÉPONSES AUX QUESTIONNAIRES ... 18

MODULE 1 ... 18

Ce que je sais sur les sources de lumière! ... 18

Ce que j’ai appris sur les sources de lumière! ... 18

MODULE 2 ... 18

Ce que je sais sur la réflexion et la réfraction ... 18

Ce que j’ai appris sur la réflexion et la lumière ... 19

MODULE 3 ... 19

Ce que je sais sur les couleurs et la diffraction… ... 19

Ce que j’ai appris sur les couleurs et la diffraction… ... 20

CONCLUSION ... 21

BIBLIOGRAPHIE ... 22

(4)

FAUT VOIR CLAIR!

Essaie d’imaginer une planète où il n’y aurait pas de lumière et où les êtres humains seraient plongés dans une noirceur totale. Sans lumière, il n’y aurait pas de plante ni de couleur. La vie serait bien triste dans un monde comme cela, heureusement pour toi, la Terre est remplie de différents types de lumière. Dans ce document, tu en apprendras un peu plus sur la lumière à travers des questionnaires, des expérimentations et des explications scientifiques.

Dans le module 1, tu verras la différence entre les lumières

primaires et secondaires. Dans le module 2, tu en apprendras

davantage sur deux phénomènes lumineux : la réflexion et la

réfraction. Pour terminer, le module 3 te permettra de mieux

comprendre la diffraction de la lumière blanche qui crée, par

exemple, le phénomène des arcs-en-ciel.

(5)

Module 1 : Sources primaires et secondaires

 Ce que je sais sur les sources de lumière…

D’après toi, ces objets sont des sources de lumière primaire ou secondaire?

A- Soleil

___________________

B- Ampoule

___________________

C- Fraise

___________________

D- Feu

___________________

E- Luciole

___________________

F- Terre

___________________

G- Livre

___________________

H- Humain

___________________

I- Éclair

___________________

(6)

 Expérimentation

Pour savoir si quelque chose est une source de lumière primaire ou secondaire, il existe une expérience bien simple que tu peux faire à la maison! Tu n’as qu’à éteindre les lumières afin qu’il fasse très noir. Tout ce dont tu as besoin, c’est une lampe de poche.

Voici comment faire :

1-

Ferme les lumières et n’allume pas ta lampe de poche. Quels sont les objets que tu peux voir?

2-

Allume ta lampe de poche et éclaire un objet. Peux-tu le voir?

Peux-tu voir les objets qui ne sont pas éclairés par le faisceau lumineux?

3-

Note tes informations

 Cueillette de donnée

Lorsque les lumières sont éteintes, on ne peut voir seulement que les objets qui ont des lumières comme un réveille-matin. Quand on éclaire les objets avec une lampe, on peut les voir clairement et voir un peu ceux qui sont proches, mais on ne voit pas du tout ceux qui sont trop loin de la lumière.

 Notions scientifiques

Il existe deux grandes catégories de sources lumineuses, les sources primaires et celles qui sont secondaires.

Source primaire

Les sources primaires émettent de la lumière, elles transforment

l’énergie non lumineuse (nucléaire, électrique, chimique, biochimique…)

en énergie lumineuse. Le soleil est un bon exemple de transformation

(7)

d’énergie chimique en énergie lumineuse. C’est lui et les autres étoiles qui éclairent les planètes et les satellites. La lumière du soleil se qualifie de naturelle parce qu’elle n’est pas causée par une action humaine et de lumière par incandescence parce qu’elle dégage de la chaleur.

La lumière qui provient d’une ampoule à incandescence est artificielle parce qu’elle provient d’un objet fabriqué par l’homme, mais comme le soleil, elle produit de la chaleur. Certains animaux comme les lucioles ou les vers luisants sont capables de transformer de l’énergie biochimique en énergie lumineuse naturelle. Cette lumière ne dégage pas de chaleur, alors on dit qu’il s’agit de lumière par luminescence.

Source secondaire

Une grande partie des éléments qui t’entourent par exemple les arbres ou les murs, sont des sources de lumière secondaire, c’est-à-dire qu’ils reflètent la lumière qui les frappe (soit entièrement ou en partie).

Ces objets ou êtres vivants ne créent pas de lumière et c’est pour cela que tu ne peux pas les voir dans le noir; ils ont besoin qu’une source primaire de lumière les illumine. C’est lorsque les reflets parviennent à ton œil que tu vois la source secondaire de lumière qui les a envoyés.

 Ce que j’ai appris sur les sources de lumière…

Après tout ce que tu as vu sur les sources primaires et secondaires de lumière…

Vrai ou faux? Justifie brièvement ta réponse!

A)

Tous les objets émettent de la lumière

______

________________________________________________________________________

B)

La lumière du soleil ressemble beaucoup à la lumière d’unfeu

______

________________________________________________________________________

(8)

C) Si on voit une source de lumière secondaire, c’est qu’il y a une source primaire à proximité ______

________________________________________________________________________

Détermine si ces objets sont des sources de lumière primaire ou secondaire?

D- Champignon

___________________

E- Lune

___________________

F- Miroir

___________________

G- Ballon de soccer

___________________

H- Nuage

___________________

I- Feux d’artifice

___________________

J- Écran (ouvert)

_______________

K- Éruption volcanique

___________________

L- Comète

___________________

(9)

Module 2 : Réflexion et réfraction

 Ce que je sais sur la réflexion et la réfraction…

Vrai ou faux? Justifie brièvement ta réponse!

A) Avec deux miroirs, je peux voir le derrière de ma tête ______

________________________________________________________________________

B) Lorsque l’on voit des nuages dans des flaques d’eau, c’est à cause de la réflexion de la lumière ______

________________________________________________________________________

C) Il n’y a que les miroirs qui peuvent refléter la lumière. ______

________________________________________________________________________

D) Les meilleures surfaces pour refléter la lumière sont les miroirs. ______

________________________________________________________________________

E) Lorsqu’un objet est submergé, il a souvent l’air déformé ou plus gros.

______

________________________________________________________________________

F) La réfraction de la lumière, c’est quand la lumière recule devant un objet. ______

________________________________________________________________________

(10)

 Expérimentation

Construis un périscope!

Les sous-marins utilisent un instrument qui s’appelle le périscope pour voir ce qui se passe à la surface de l’eau. Pour bien comprendre comment cela fonctionne, tu peux en fabriquer un! Voici ce qu’il te faut : 2 pintes de lait vides et lavées, 2 miroirs, papier collant, ciseaux

Voici comment faire :

1-

Découpe le dessus d’une des pintes de lait et le dessous de l’autre.

2-

Découpe un des côtés de chaque pinte

3-

Imbrique-les ensemble comme sur l’image de droite.

4-

Fais un trou dans le coin inférieur gauche et un autre dans le coin supérieur droit

5- À l’aide du papier collant, installe les deux miroirs

dans un angle de 45°

(11)

6- Maintenant que ton périscope est complété,

amuses-toi à regarder dedans et note tes

observations!

Observe la réfraction de la lumière!

Voici une méthode bien simple d’observer un phénomène lumineux! Tu auras besoin de : boîte de soulier, peinture noire, ciseaux, verre d’eau et lampe de poche.

Voici comment faire :

1-

Prends une boîte de soulier et peins l’intérieur en noir

2-

Sur un des côtés de la largeur de la boîte, perce deux fentes de 5 cm de long à environ 2 cm de distance

3-

Couvre le fond de la boîte d’un papier blanc

4-

Place un petit verre de vitre rempli d’eau dans la boîte comme sur l’illustration.

5-

À la noirceur, éclaire le verre à travers les fentes à

l’aide d’une lampe de poche et observe la

trajectoire de la lumière et note tes observations.

(12)

 Cueillette de donnée

Réflexion

Lorsque l’on regarde dans un périscope, on peut voir les objets qui sont au dessus de nous. La lumière rebondit sur les miroirs pour aller jusqu’à l’œil.

Réfraction

Les faisceaux de lumière de la lampe de poche sont parallèles jusqu’à ce qu’ils arrivent dans le verre d’eau. Lorsque les rayons sortent du verre d’eau, ils se croisent parce que le verre et l’eau font dévier la lumière.

 Notions scientifiques

Réflexion

Nous pouvons voir les objets grâce à la réflexion de la lumière, sans

réflexion, pas d’image! La lumière se déplace en ligne droite quand rien

ne se trouve sur sa route, mais dès qu’elle rencontre un obstacle, elle

rebondit. Si la surface est lisse, tous les rayons rebondissent dans la même

direction, mais si la lumière croise un objet inégal, elle rebondit dans tous

les sens. Les miroirs sont les meilleurs objets pour réfléchir la lumière, ils

reflètent presque toutes les ondes et n’en absorbe pas. Les miroirs courbés

peuvent déformer l’image comme ceux dans les parcs d’amusement. Les

couleurs foncées ont tendance à aspirer les rayons lumineux et à en

refléter moins.

(13)

Réfraction

La lumière suit habituellement une trajectoire linéaire, comme tu as vu avec la réflexion. Cependant, lorsqu’elle traverse des substances transparentes ou translucides comme l’air, l’eau ou le verre de façon non perpendiculaire, elle est ralentie et change momentanément de direction. Un fois sortie de la substance translucide, la lumière reprend son angle initial (voir image). On appelle cela la réfraction. L’angle avec lequel la lumière traverse la substance lumineuse fait varier la trajectoire des rayons.

Dans l’expérience que tu as faite, les rayons traversaient non pas

une, mais bien trois substances : du verre, de l’eau et encore du verre. Les

rayons changeaient donc de direction, revenaient à l’initial pour changer

à nouveau, c’est pourquoi ils se croisaient à la fin. L’endroit où les rayons

se croisent se nomme le foyer. Parfois, le ralentissement de la lumière dans

le prisme ou l’eau force les différentes ondes de couleurs à se diviser.

(14)

 Ce que j’ai appris sur la réflexion et la réfraction

Vrai ou faux? Justifie ta réponse!

A) La lumière se réfracte lorsqu’elle traverse une substance transparente avec un angle de 90°. ______

________________________________________________________________________

B) Les rayons qui ne sont pas reflétés ou réfractés sont absorbés. ______

________________________________________________________________________

C) Sans la réflexion de la lumière, nous ne verrions rien! ______

________________________________________________________________________

D) La surface d’un objet à une influence sur la manière dont la lumière est reflétée. ______

________________________________________________________________________

E) La réfraction change la trajectoire des rayons lumineux. ______

________________________________________________________________________

Module 3 : Les couleurs et la diffraction de la lumière blanche

 Ce que je sais sur les couleurs et la diffraction…

Vrai ou Faux? Justifie brièvement ta réponse.

A) Je peux toucher un arc-en-ciel. _____

________________________________________________________________________

(15)

B) Le soleil envoie des rayons des différentes les couleurs de l’arc-en-ciel.

_____

________________________________________________________________________

C) La lumière blanche est sans couleur. _____

________________________________________________________________________

D) Les couleurs de l’arc-en-ciel sont toujours dans le même ordre. _____

________________________________________________________________________

E) On peut voir des arcs-en-ciel dans des flaques d’huile. ______

________________________________________________________________________

 Expérimentation

Crée un arc-en-ciel sans pluie!

Les arcs-en-ciel sont généralement visibles lorsqu’il y a de la pluie et du soleil en même temps, mais tu peux en créer un toi-même en faisant cette petite expérience! Pour cela, il te faut : un plat rectangulaire rempli d’eau, une feuille de carton blanche, une lampe de poche et un miroir de poche.

Voici comment faire :

1- Installe le miroir en diagonale au bout du plat rectangulaire, une partie du miroir doit être dans l’eau et une partie doit dépasser.

2- Allume ta lampe de poche et éclaire la partie

submergée du miroir.

(16)

3- Tiens la feuille de carton de façon à ce que la lumière réfléchie par le miroir soit sur la feuille, tu devrais y voir un arc-en-ciel!

4- Prends des notes sur tes observations

 Cueillette de donnée

La lumière de la lampe de poche (soleil) combinée avec l’eau (pluie) du plat rectangulaire décompose la lumière pour former un arc- en-ciel et le miroir le projette sur la feuille blanche.

 Notions scientifiques

La lumière blanche est composée des sept couleurs de l’arc-en- ciel : rouge, orange, jaune, vert, bleu, indigo et violet. Lorsque la lumière blanche passe au travers d’un prisme de verre ou d’une goutte d’eau, elle se divise et nous pouvons voir les couleurs. C’est la réfraction de la lumière qui cause la diffraction de cette dernière. C’est ce qui se passe quand il pleut ou qu’il y a de l’eau en suspension dans l’air et qu’il fait soleil en même temps, on voit un arc-en-ciel! Si l’on place un deuxième prisme, il est possible de recomposer la lumière blanche. Les différentes couleurs ont chacune une longueur d’onde qui lui est propre et qui ne réagit par de la même manière avec toutes les substances.

Comme tu l’as vu plus tôt, les objets reflètent, réfractent et

absorbent de la lumière. Une feuille blanche par exemple reflète toutes

les couleurs alors qu’une feuille noire absorbe toutes les couleurs et c’est

pourquoi nous la voyons noire.

(17)

En lumière, il y a trois couleurs primaires : le vert, le bleu et le rouge.

Ces couleurs s’additionnent pour en former d’autres comme tu le vois dans cette image. L’addition des couleurs en lumière ne donne pas le même résultat qu’en art, par exemple, le rouge et le vert créent la lumière jaune. Si on prend un disque de papier avec les sept couleurs de l’arc-en- ciel et qu’on le fait tourner très vite, le disque semblera blanc, c’est le contraire de la diffraction.

 Ce que j’ai appris sur les couleurs et la diffraction…

Vrai ou faux? Justifie brièvement ta réponse!

A) Comme avec la peinture, lorsqu’on additionne de la lumière verte avec de la lumière rouge, on obtient de la lumière brune ______

________________________________________________________________________

B) Pour que la lumière se diffracte, elle doit traverser un prisme ou de l’eau. ______

________________________________________________________________________

C) Les objets noirs absorbent toutes les couleurs et c’est pour cela que nous les voyons noirs. ______

________________________________________________________________________

D) Il existe de la lumière noire. ______

________________________________________________________________________

E) On peut voir des arcs-en-ciel la nuit. On appelle cela des arcs-en-ciel de Lune. ______

________________________________________________________________________

(18)

Réponses aux questionnaires

Module 1

Ce que je sais sur les sources de lumière!

A- Secondaire B- Secondaire C- Secondaire D- Secondaire E- Secondaire F- Primaire G- Secondaire H- Primaire I- Secondaire

Ce que j’ai appris sur les sources de lumière!

A- FAUX, il n’y a que quelques objets (source primaire) qui émettent de la lumière, la plupart ne font que la réfléchir. Il doit y avoir transformation d’énergie pour qu’il y ait une création de lumière.

B- VRAI, la lumière du soleil et celle du feu sont produites par une transformation chimique naturelle qui produit de la chaleur.

C- VRAI, les sources de lumière secondaire réfléchissent la lumière, s’il n’y a pas de lumière, elles n’en réfléchissent pas et on ne les voit pas.

D- Secondaire E- Secondaire F- Secondaire G- Secondaire H- Secondaire I- Primaire J- Primaire K- Primaire L- Secondaire

Module 2

Ce que je sais sur la réflexion et la réfraction

A) VRAI. Il suffit de mettre un miroir devant ta tête et un derrière. Celui de devant te montrera ce qu’il y a dans le miroir de derrière.

B) VRAI. La lumière agit comme un miroir et renvoie l’image du ciel dans notre œil.

C) FAUX. Tous les objets qui ne sont pas noirs reflètent de la lumière en petite ou en grande quantité.

D) VRAI. Les miroirs sont idéaux pour refléter la lumière, car ils sont lisses et n’en absorbent pas.

E) VRAI. L’eau ralentit la lumière ce qui a pour effet de déformer ce qui s’y trouve.

(19)

F) FAUX. La réfraction c’est quand la lumière ralentie en traversant une substance transparente et qu’elle change de trajectoire.

Ce que j’ai appris sur la réflexion et la lumière

A) FAUX. La lumière ne se réfracte pas lorsqu’elle traverse perpendiculairement une substance transparente, c’est à tous les autres angles qu’elle se réfracte.

B) VRAI. La lumière ne peut qu’être absorbée, reflétée ou réfractée.

C) VRAI. C’est lorsque la lumière est réfléchie jusqu’à notre œil que nous voyons ce qu’il y a devant nous.

D) VRAI. La lumière ne rebondit pas de la même manière selon la surface avec laquelle elle est mise en contact. Une surface plane fait rebondir tous les rayons dans le même sens, mais ce n’est pas le cas des surfaces inégales.

E) VRAI. La réfraction c’est quand la lumière ralentit, change de direction, et tente de poursuivre son chemin en suivant la trajectoire du début.

Module 3

Ce que je sais sur les couleurs et la diffraction…

A) FAUX. Les arcs-en-ciel sont des phénomènes lumineux provoqués par la diffraction et on ne peut pas toucher la lumière.

B) FAUX. Le soleil envoie de la lumière blanche qui résulte de l’addition de toutes les couleurs mises ensemble.

C) FAUX. La lumière blanche résulte de l’addition de toutes les couleurs mises ensemble.

D) VRAI. Les différentes couleurs ont chacune une longueur d’onde différente et elles placent toujours dans le même ordre; de la plus courte à la plus longue.

Violet, Indigo, Bleu, Vert, Jaune, Orange, Rouge.

E) VRAI. L’huile agit parfois comme un prisme de verre qui arrive à diffracter la lumière lorsqu’elle est mélangé avec de l’eau et qu’elle est éclairée par de la lumière.

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Ce que j’ai appris sur les couleurs et la diffraction…

A) FAUX. La lumière verte et la lumière rouge s’additionnent pour former du jaune. Les additions de lumière ne donnent pas les mêmes résultats qu’en art.

B) VRAI. Pour qu’il y ait diffraction, il doit y avoir réfraction et la réfraction se produit quand la lumière est ralentie par une substance transparente comme de verre ou de l’eau.

C) VRAI. Le noir est le résultat d’une absence de couleurs lorsque toutes les couleurs sont absorbées.

D) FAUX. Le noir, c’est l’absence de lumière, il n’y a pas de lumière noire.

E) VRAI. Lorsque la nuit est très claire et que la Lune reflète beaucoup de lumière, il peut arriver que l’on voie des arcs-en-ciel la nuit, mais c’est très rare.

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Conclusion

La lumière est partout autour de nous et il est important

de se poser des questions à son sujet. En passant à travers tout

ce document, tu en as appris beaucoup sur la lumière. Tu sais

maintenant différencier les sources de lumière primaires de

celles qui sont secondaires. Tu es également en mesure de

mieux comprendre des phénomènes lumineux comme la

réflexion, la réfraction et la diffraction. Il reste encore

beaucoup de notions à découvrir sur la lumière, mais c’est à toi

de faire plus de recherche et d’expérience si tu souhaites

approfondir tes connaissances.

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Bibliographie

Monographies