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Juil 21

Tracé des rayons dans l’œil – comment l’enseigner?

En 140 caractères:

Vos élèves vont mieux comprendre comment se forment les images sur la rétine.

Figure 1 - Oeil normal

Figure 1 – Œil normal

Figure 2 - Oeil normal

Figure 2 – Œil normal

Des représentations problématiques

Observez les deux images ci-dessus. Les mêmes rayons partent du même objet et passent à travers le même œil normal. L’objet est loin et l’accommodation du cristallin n’est pas requise.

Que comprendrait un élève?

Dans la première image, il comprendrait que les rayons arrivant de loin (infini) sont parallèles et convergent au foyer optique, qui se trouve sur la rétine. Il est possible qu’il sache que le point de convergence est généralement la fovéa centrale de la tache jaune. Par ailleurs, il serait en droit de se demander « mais si toute l’information lumineuse converge en un seul point, est-ce que cela signifie que mon œil ne distingue plus la forme de mon objet et que je ne vois qu’un point lumineux? » On serait alors tenté de lui présenter la deuxième image.

Dans la deuxième, les rayons convergent rapidement en se croisant quelque part dans l’humeur vitrée, puis viennent se « figer » sur la rétine. L’image est inversée, mais le trajet des neurones et le cerveau se chargeront de l’interprétation. Ici, l’élève en plein conflit cognitif reste perplexe:  » Mais pourquoi les rayons ne convergent-ils plus sur la rétine, mais bien avant? Le foyer est-il rendu entre le cristallin et la rétine? »

Pour clarifier les choses, on aurait avantage à présenter une image présentant quelques rayons provenant d’un même point de l’objet, ici une bougie.

Figure 3 - Rayons convergents

Figure 3 – Rayons convergents

Le problème, dans l’image ci-dessus, c’est que les rayons divergent avant d’entrer dans l’oeil, qui doit alors entrer en processus d’accommodation.

Compréhension du concept de foyer

Foyer. nom masculin: « Point où se rencontrent des rayons initialement parallèles, après réfraction ou réflexion ».

Lorsqu’un objet est loin, c’est-à-dire au moins 6 mètres, on considère que les rayons provenant d’un point en particulier de cet objet sont parallèle lorsqu’ils entrent dans l’œil. Étant donné qu’ils sont parallèles, le cristallin va les faire converger vers le foyer, qui se trouve sur la rétine pour un œil normal.

 

Figure 4 - Groupes de rayons parallèles

Figure 4 – Groupes de rayons parallèles

Lorsque l’objet est loin (pas d’accommodation) et que l’œil est normal, on aurait avantage à présenter la construction de l’image sur la rétine par des groupes de rayons parallèles orientés ensuite vers différents foyers à différents endroits de la rétine, reconstruisant l’image à l’envers.

Progression des apprentissages: quelle différences entre l’optique de 3e secondaire et la physique de 5e secondaire?

L’élève de troisième secondaire doit apprendre à « déterminer la position du foyer d’une lentille concave et d’une lentille convexe ». Il doit également « Décrire le lien entre la position du foyer d’une lentille et le degré de déviation des rayons lumineux dans diverses situations (ex.: accommodation du cristallin, choix de verres correcteurs) ». Évidemment, il doit connaitre l’œil: les quatre parties impliquées dans la vision ainsi que leur fonction. On comprend donc que les élèves doivent bien visualiser les tracés des rayons lumineux dans l’œil, avec ou sans accommodation, avec ou sans verres correcteurs biconcaves ou biconvexes. Bref, c’est déjà une grande partie du travail d’accompli! Pour étudier un modèle de l’œil avec vos élèves, je suggère cette séquence d’enseignement: « Optique et vision » (du CDP)

En physique, l’élève reprendra là où il a laissé deux ans plus tôt: une image s’est formée. Il traitera mathématiquement la relation entre les objets et les images (réelles ou virtuelles) produites par les lentilles (et miroirs). Pour y arriver, je suggère ce simulateur: « Optique géométrique » PhET (requiert Flash)

 

 

 

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