I. Réfraction de la lumière
a) Définition de la réfraction
Le changement de direction subi par un rayon lumineux alors qu'il traverse la surface de séparation entre deux milieux transparents s'appelle LA REFRACTION.
Cette animation illustre la réfraction d'un rayon de lumière qui traverse la surface de séparation entre deux substance ayant des indices de réfraction différents.
b) Indice de réfraction d'un milieu
L'indice de réfraction sert à caractériser un milieu transparent: on le détermine à l'aide de la comparaison de la vitesse de propagation
de la lumière dans le milieu considéré et de la vitesse de la lumière dans le vide.
c) Les lois de Descartes
1° Première loi de Descartes
Le rayon incident, le rayon réfracté et la normale à la surface de séparation au point d'incidence sont dans le même plan. Ce plan est appelé plan d'incidence.
2° Deuxième loi de Descartes
Lorsqu'un rayon lumineux passe d'un milieu 1, d'indice n1 à un milieu transparent 2, d'indice n2 l'angle d'incidence i1 et l'angle de réfraction i2 vérifient la relation :
n1.sin i1 = n2.sin i2
___________________
|/!\Cas particulier/!\|
Lorsque le milieu 1 est l'air, n1 étant très proche de 1, la deuxième loi de Descartes s'écrit:
sin i1=n2.sin i2
II. Dispersion de la lumière
a) Lumières
monochromatique et polychromatique
Une lumière chromatique ne peut pas être décomposée par un prisme, elle correspond donc à une seule couleur et une seule radiation.
Une lumière polychromatique contrairement à une lumière chromatique est un mélange de plusieurs radiations et par conséquent peut être décomposée par un prisme.
C'est la dispersion de la lumière. La figure colorée obtenue est alors appelée spectre de la lumière polychromatique.
exemple de spectre:
b) Longueur d'ondes associée à une radiation monochromatique
On note λ la longueur d'onde dans le vide d'une radiation monochromatique, celle-ci s'exprime en mètres.
/!\ L'oeil n'est sensible qu'aux radiations de longueur d'onde comprise entre 400nm et 800 nm.
c) Indice de réfraction et longueur d'onde
Indice d'un milieu transparent autre que le vide (et l'air) dépend de la longueur d'onde de la lumière. Cet indice augmente lorsqu'on passe du rouge au violet c'est à dire que l'indice augmente lorsque la longueur d'onde diminue.
d) Dispersion de la lumière blanche par le prisme
1. 2. 3.
I.Mots manquants
a. polychromatique
b. disperse
c. indice
d. longueur d'onde
II.Vrai ou faux
a.Faux: lors d'une réflexion, le rayon réfléchi ne change pas de milieu: il ne pénètre pas dans le prisme.
b.Vrai: n(eau)=1,33 alors que n(air)=1.
c.Faux: La lumière blanche est polychromatique.
d.Faux: L'angle de réfraction est l'angle entre le rayon réfracté et la normale.
III.QCM
a. n n'a pas d'unité.
b. La troisième figure.
La 1ère est impossible car i1<i2 alors que l'on passe de l'air au verre d'indice supérieur. La deuxième figure est impossible: rayons incident et réfracté sont du même côté de la
normale.
IV.Détermination d'un angle de réfraction
sin i2 = n1.sin i1 /n2 = 1,00 * sin45 /1,33
i2 = 32,1°
V. Indice de réfraction du diamant
n2 = n1.sin i1 /sin i2 = 1,00 * sin 30 /sin12
n2 = 2,4
TP sur la diffraction de la lumière.link
L'analyse de la lumière peut-elle nous renseigner sur la matière qu'elle traverse ?
Soit le dispositif suivant :
Nous disposons de trois épingles. Positionner sur une plaque de polystyrène :
- une épingle (1) au centre du cercle tracé ;
- une épingle (2) sur le cercle ;
- une épingle (3) sur le cercle telle que, par visée,
les trois épingles soient alignées.
Rappeller quelle propriété de la lumière est mise en application dans la technique de visée?
Immerger le dispositif précédent dans une cuve d'eau,
jusqu'à hauteur du centre du cercle.
Les épingles donnent-elles toujours l'apparence d'être alignées?
En les gardant la même configuration, déplacer l'épingle dans l'air afin de retrouver l'alignement apparent des
trois épingles.
Le sont-elles en réalité?
Quelle interprétation peut alors être déduite concernant la propagation de la lumière?
Nous repérons, par convention, l'orientation des rayons lumineux, en mesurant l'angle qu'il forme avec l'axe perpendiculaire à la surface de séparation entre l'air et
l'eau.
Placer l'épingle dans l'eau en plusieurs endroits du cercle. Repérer pour chacune des positions, celle de l'épingle apparemment alignées, dans l'air, correspondante.
Mesurer pour chacun des cas l'angle du rayon lumineux dans l'eau (que nous appellerons angle d'incidence i) et celui du rayon lumineux dans l'air (que nous appellerons angle de réfraction r). Remplir le tableau suivant :
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i (°) |
0 |
10 |
20 |
30 |
40 |
50 |
|
r (°) |
|
|
|
|
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sin (i) |
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sin (r) |
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Existe-t-il une
relation simple entre i et r? Existe-t-il une relation simple entre sin(i) et sin(r)?
Nous effectuons une série de mesures analogues en remplaçant l'eau par du plexiglas. Une même analyse nous permet d'écrire la relation : 1.5 sin(i) = sin(r). En quoi cette relation diffère-t-elle
de celle déterminée précédement avec l'eau ?
Comment généraliser le phénomène observé? Répondre à la problématique initiale.
Réfraction de la lumière : expérience de la pièce de monnaie
et du bâton cassé
uoıʇɔɐɹɟéɹ ǝp ɐl ǝɹèıɯnl : ǝɔuǝıɹèdxǝ ǝp ɐl ǝɔèıd ǝp ǝıɐuuoɯ ʇǝ np uoʇâq éssɐɔ
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