Ressources · 3ᵉ · Physique
Lumière : spectre, infrarouge et ultraviolet
La lumière blanche décomposée par un prisme ou par les gouttes de pluie ; lumière polychromatique ou monochromatique ; les couleurs du spectre et les filtres colorés ; l’infrarouge et l’ultraviolet, invisibles de part et d’autre du visible ; la famille des ondes électromagnétiques, des ondes radio aux rayons gamma ; leurs utilisations, leurs dangers et comment s’en protéger
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Sujet et corrigé prêts à imprimer.
Devoir surveillé – Lumière : spectre, infrarouge et ultraviolet
Durée : 55 min – Calculatrice interdite – Sur 20 points · Physique 3ᵉ
Tous les calculs doivent figurer sur la copie. Les résultats seront donnés sous la forme la plus simple possible.
Exercice 1 – La lampe de bureau et le laser ★★
(4 pts)Yanis envoie la lumière blanche d’une lampe de bureau halogène sur un prisme ; un écran blanc est placé derrière. Il recommence ensuite avec un pointeur laser rouge.
- a)Décris ce qu’il observe sur l’écran avec la lampe, et nomme le phénomène.
- b)Quelle couleur est la plus déviée ? Que nous apprend cette expérience sur la lumière blanche ?
- c)Qu’observe-t-il avec le laser rouge ? Quel mot qualifie sa lumière ?
- d)Il isole le vert du spectre de la lampe et l’envoie dans un second prisme. Qu’observe-t-il ? Pourquoi ?
Exercice 2 – Les filtres de l’éclairagiste ★★
(4 pts)Un éclairagiste de théâtre dispose de deux filtres. Ce que chacun laisse passer est montré sur le spectre (les couleurs absorbées sont en noir).
| Filtre F1 | Filtre F2 |
- a)Il place F1 devant un projecteur blanc. Quelles couleurs sortent ? Quelles couleurs F1 absorbe-t-il ?
- b)Il ajoute F2 derrière F1. Quelles couleurs sortent ? Justifie.
- c)Un spectateur affirme : « Le filtre colore la lumière blanche. » Corrige cette phrase.
- d)Il éclaire F2 avec un laser bleu. Qu’observe-t-on derrière F2 ? Explique.
Exercice 3 – La famille des ondes ★★★
(4 pts)Six situations : (1) une box relie un ordinateur à Internet sans fil ; (2) une lampe durcit un vernis à ongles « semi-permanent » ; (3) un musée fait traverser un tableau ancien et son panneau de bois par un rayonnement qui révèle, sur un film, un premier portrait peint dessous ; (4) en maternité, une lampe au-dessus du berceau garde un nouveau-né au chaud ; (5) une source radioactive de cobalt 60 stérilise des seringues emballées ; (6) on lit un livre à la lumière d’une lampe.
- a)Associe à chaque situation son domaine d’ondes électromagnétiques.
- b)Range ces six domaines dans l’ordre de la famille, en commençant par les ondes radio.
- c)Donne deux points communs à toutes ces ondes.
- d)Un camarade ajoute à la liste « les ultrasons d’une échographie ». A-t-il raison ? Justifie.
Exercice 4 – Deux détecteurs dans le spectre ★★
(4 pts)Dans le spectre de la lumière du Soleil, on place, en cinq endroits, un thermomètre et une carte enduite d’une encre fluorescente. Au départ, tous les thermomètres indiquent 20,0 °C.
| Endroit | A | B | C | D | E |
| Place | sombre, côté rouge | rouge | vert | violet | sombre, côté violet |
| Thermomètre (5 min) | 23,5 °C | 22,5 °C | 21,5 °C | 20,5 °C | 20,0 °C |
| Encre | éteinte | éteinte | éteinte | brille un peu | brille fort |
- a)En quel endroit le thermomètre monte-t-il le plus ? Quel rayonnement y arrive ? Pourquoi ne le voit-on pas ?
- b)En quel endroit l’encre brille-t-elle le plus ? Quel rayonnement y arrive ? Comment appelle-t-on la propriété de cette encre ?
- c)Quel savant a découvert le rayonnement qui arrive en A, et en quelle année ?
- d)Une élève conclut : « En E, il n’arrive rien, puisque le thermomètre ne monte pas. » Corrige sa conclusion.
Exercice 5 – Une journée à la plage ★★★
(4 pts)Index UV prévu un jour de juillet sur une plage :
| Heure | 10 h | 12 h | 14 h | 16 h | 18 h |
| Index UV | 4 | 7 | 9 | 6 | 2 |
- a)Donne la catégorie de risque à 10 h, à 14 h et à 18 h. Entre quelles heures du tableau le risque est-il au moins élevé ?
- b)Clara dit : « Dans l’eau, je ne risque rien. » Et Léo : « Le sable renvoie plus d’UV que l’eau. » Qui a raison ? Justifie.
- c)Cite quatre protections contre les UV, dans l’ordre où il faut y penser.
- d)Vers 14 h, l’infrarouge du Soleil chauffe la peau bien plus que l’ultraviolet. Pourquoi est-ce pourtant l’ultraviolet qui provoque le coup de soleil ?
Bon courage !
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Voir le corrigé et le barème
Corrigé et barème – Lumière : spectre, infrarouge et ultraviolet
Durée : 55 min – Calculatrice interdite – Sur 20 points · Physique 3ᵉ
Exercice 1 – La lampe de bureau et le laser ★★
(4 pts)- a)Une bande de couleurs continue, du rouge au violet : le spectre de la lumière blanche. Le phénomène est la dispersion. (1)
- b)Le violet est le plus dévié (le rouge le moins). La lumière blanche est un mélange de lumières de toutes les couleurs : elle est polychromatique. (1)
- c)Une seule tache rouge, déviée mais pas étalée : la lumière du laser est monochromatique. (1)
- d)Une tache verte, seulement déviée : une couleur isolée ne se décompose plus. (1)
Le point clé — Blanche : une bande du rouge (moins dévié) au violet (plus dévié). Laser : une seule tache.
Exercice 2 – Les filtres de l’éclairagiste ★★
(4 pts)- a)Il sort le jaune, le vert, le bleu et le violet. F1 absorbe le rouge et l’orange. (1)
- b)Il sort le jaune et le vert : ce sont les seules couleurs que F1 et F2 laissent passer tous les deux. (1)
- c)Le filtre ne colore pas la lumière : il absorbe une partie des couleurs de la lumière blanche et laisse passer les autres. Il en retire, il n’en ajoute pas. (1)
- d)Rien (du noir) : le laser n’apporte que du bleu, que F2 absorbe ; aucune couleur ne peut ressortir. (1)
Méthode — Couleurs qui arrivent, puis couleurs que chaque filtre laisse passer : il ne sort que les couleurs communes.
Exercice 3 – La famille des ondes ★★★
(4 pts)- a)ondes radio (micro-ondes du Wi-Fi) ; (2) ultraviolet ; (3) rayons X ; (4) infrarouge ; (5) rayons gamma ; (6) lumière visible. (1)
- b)Ondes radio (1), infrarouge (4), lumière visible (6), ultraviolet (2), rayons X (3), rayons gamma (5). (1)
- c)Ce sont des ondes électromagnétiques de même nature que la lumière : elles se propagent dans le vide, toutes à la même vitesse, environ 300 000 km/s. (Elles transportent aussi de l’énergie.) (1)
- d)Non : les ultrasons sont des sons, donc des ondes mécaniques, qui ont besoin de matière et ne traversent pas le vide. Ce ne sont pas des ondes électromagnétiques. (1)
Le point clé — Ordre de la famille : ondes radio, infrarouge, visible, ultraviolet, rayons X, rayons gamma.
Exercice 4 – Deux détecteurs dans le spectre ★★
(4 pts)- a)En A (23,5 °C, soit 3,5 °C de plus). Il y arrive de l’infrarouge, rayonnement invisible situé au-delà du rouge, qui échauffe ce qu’il éclaire ; notre œil ne le perçoit pas. (1)
- b)En E. Il y arrive de l’ultraviolet, invisible, situé au-delà du violet. L’encre est fluorescente : elle brille dans le visible quand elle reçoit de l’UV. (1)
- c)William Herschel, en 1800, avec des thermomètres placés dans le spectre de la lumière du Soleil. (1)
- d)Il arrive bien un rayonnement en E, l’ultraviolet, que l’encre révèle ; il échauffe trop peu pour faire monter le thermomètre. Un détecteur ne voit pas tous les rayonnements : il faut le bon. (1)
Le point clé — Infrarouge au-delà du rouge : un thermomètre le détecte. Ultraviolet au-delà du violet : une encre fluorescente le révèle.
Exercice 5 – Une journée à la plage ★★★
(4 pts)- a)10 h : 4, modéré ; 14 h : 9, très élevé ; 18 h : 2, faible. Le risque est au moins élevé de 12 h (7) à 16 h (6). (1)
- b)Léo a raison : le sable renvoie environ 15 % des UV, l’eau moins de 10 %. Clara a tort : l’eau laisse passer les UV, on peut prendre un coup de soleil en se baignant. (1)
- c)L’ombre aux heures où l’index est le plus fort, des vêtements couvrants et un chapeau, des lunettes de soleil, puis la crème solaire en complément, renouvelée souvent (et après la baignade). (1)
- d)L’infrarouge ne fait que chauffer. L’ultraviolet peut abîmer l’ADN des cellules de la peau : c’est lui qui provoque le coup de soleil, et à la longue des cancers de la peau. (1)
Le point clé — Index UV : 0-2, 3-5, 6-7, 8-10, 11 et plus. Ombre et vêtements d’abord, la crème en complément.
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Ce contrôle de physique 3ᵉ en bref
Un devoir surveillé type contrôle en classe sur « Lumière : spectre, infrarouge et ultraviolet » : 5 exercices, 55 minutes, noté sur 20. Le sujet et le corrigé sont téléchargeables en PDF, prêts à imprimer, pour travailler comme en classe.
- Exercice 1 — La lampe de bureau et le laser ★★/ 4 pts
- Exercice 2 — Les filtres de l’éclairagiste ★★/ 4 pts
- Exercice 3 — La famille des ondes ★★★/ 4 pts
- Exercice 4 — Deux détecteurs dans le spectre ★★/ 4 pts
- Exercice 5 — Une journée à la plage ★★★/ 4 pts
Notions évaluées
Lumière blanche, prisme, dispersion, déviation, spectre, spectre continu, arc-en-ciel, goutte d’eau, polychromatique, monochromatique, laser, rouge, orange, jaune, vert, bleu, violet, filtre coloré, absorber, transmettre, infrarouge, ultraviolet, invisible, thermomètre, Herschel, Ritter, fluorescence, lumière noire, caméra thermique, onde électromagnétique, ondes radio, micro-ondes, lumière visible, rayons X, rayons gamma, vide, vitesse de la lumière, radiographie, stérilisation, ionisant, ADN, coup de soleil, vitamine D, index UV, crème solaire, lunettes de soleil, tablier de plomb, réflexion par la neige, altitude.
Pour préparer ce contrôle
- Relire le cours et la fiche de révision.
- Refaire les exercices corrigés et les problèmes.
- Se tester avec le QCM (36 questions).
- Faire ce sujet en conditions réelles — 55 min, sans le cours — puis se corriger et noter les points à revoir.
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Questions fréquentes sur ce sujet
- Combien de temps dure ce contrôle sur « Lumière : spectre, infrarouge et ultraviolet » ?
- 55 minutes pour 5 exercices notés sur 20. Prévois le double si tu enchaînes avec la correction.
- Le corrigé est-il fourni ?
- Oui : le corrigé complet est fourni en PDF (bouton « Télécharger le corrigé »), avec le barème exercice par exercice.
- Ce sujet peut-il servir de DS, de contrôle ou d'interrogation ?
- Oui : c'est un devoir surveillé complet de 55 minutes. Pour une interrogation courte, garde un ou deux exercices ; pour un DS ou un contrôle de fin de chapitre, fais le sujet entier en temps limité.
- Ce sujet suit-il le programme de physique de troisième ?
- Oui : il évalue uniquement les notions du chapitre « Lumière : spectre, infrarouge et ultraviolet » du programme officiel de physique en troisième, soit : lumière blanche, prisme, dispersion, spectre continu du rouge au violet, rouge le moins dévié et violet le plus dévié, arc-en-ciel ; lumière polychromatique et lumière monochromatique (laser), une couleur isolée ne se décompose plus ; ordre des couleurs du spectre, filtre coloré qui absorbe une partie du spectre, deux filtres à la suite ; rayonnements invisibles : infrarouge au-delà du rouge (Herschel, 1800, thermomètres), ultraviolet au-delà du violet (Ritter, 1801), comment les détecter ; famille des ondes électromagnétiques : ondes radio (dont les micro-ondes), infrarouge, visible, ultraviolet, rayons X, rayons gamma, même vitesse dans le vide, ordre et utilisations ; effets sur le vivant : échauffement, rayonnements qui abîment l’ADN (UV, X, gamma) ; index UV et protections, radiographie et protection du personnel, four à micro-ondes.
Moi c'est Ben, j'ai créé ce site pour aider le plus d'élèves possible, partout en France. Je peux aussi reprendre avec toi ce qui coince en cours particulier : en visio, ou à domicile si tu es à Marseille.
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