Thème : l’Univers Chapitre 3 : Réfraction et observation astronomique

Sous thème : les étoiles AE1-04/10/2016

1

Objectif : Pratiquer une démarche expérimentale pour établir un modèle à partir d’une série de mesures et

pour déterminer l’indice de réfraction d’un milieu.

La lumière peut être déviée lorsqu’elle passe d’un milieu transparent à un autre. Ce phénomène est

appelé réfraction. Il dépend d’une caractéristique des milieux nommée indice de réfraction.

Document 1 : Schéma et vocabulaire

La réfraction est le changement de direction de

propagation d'un faisceau lumineux passant d'un

milieu de propagation à un autre. Le rayon ne

change pas de direction si celui-ci arrive

perpendiculairement à la surface de séparation.

Document 2 : Matériel disponible

La présentation du matériel disponible est

disponible à l’adresse suivante :

http://seconde-loges.pagesperso-orange.fr/MR.swf

Pour réaliser l’expérience vous vous servirez de

l’animation disponible sur le site :

www.sphysiquechimique.wordpress.com

Activité 1 : La réfraction

Comment déterminer l’indice de réfraction d’un milieu transparent à

partir d’une série de mesure ?

Document 3 : Réfraction et histoire

Dès l’Antiquité, de nombreux savant cherchent à modéliser le phénomène de réfraction.

Au IIème siècle, Le Grec C. Ptolemée étudie des faisceaux lumineux passant de l’air à l’eau. Il établit un

tableau de valeurs et montre que l’angle de réfraction i2 augmente quand l’angle d’incidence i1 augmente.

Au début du XVIII siècle, l’Allemand J. Kepler proposer une loi selon laquelle l’angle de réfraction est

proportionnel à l’angle d’incidence i1 c’est-à-dire :

�� � � � �� où k est une constante

Quelques années plus tard, le français R. Descartes énonce la loi reliant les angles i1 et i2 :

���� � � � ���� où k est une constante

Actuellement, la loi de la réfraction de R. Descartes s’écrit :

� � ���� �� � ����

Où n1 et n2 sont les indices de réfraction qui caractérisent les milieux 1 et 2.

L’indice de l’air vaut 1,00, l’indice de l’eau vaut 1,33, les indices sont des constantes.

Si on fait le lien entre la constante de la première version de R. Descartes et celles de la loi actuelle avec les

indices de l’air, on trouve :

� ��

�

Thème : l’Univers Chapitre 3 : Réfraction et observation astronomique

Sous thème : les étoiles AE1-04/10/2016

2

1°/ Dans l’expérience présentée dans le document 2, la lumière passe de quel milieu à quel autre

milieu ? ANA

2°/ Proposer un protocole expérimental permettant de compléter le tableau ci-dessous : ANA

APPELER LE PROFESSEUR POUR FAIRE VERIFIER VOTRE PROTOCOLE

��

��

3°/ a l’aide de votre calculatrice compléter le tableau ci-dessous : REA

ATTENTION VOTRE CALCULATRICE DOIT ETRE EN MODE DEGRE

�����

�����

4°/ A l’aide des valeurs des tableaux des questions 1°/ et 2°/ calculer les valeurs : �

�� et

���� �

������ : REA

� ���

��

� ������

�����

5°/ A l’aide des valeurs du tableau de la question 3°/, dire lequel des deux scientifiques a proposé une

loi le plus en accord avec vos résultats expérimentaux. VAL

6°/ D’après la loi actuelle de quels paramètres dépend la constante k ? ANA

7°/ Déterminer l’indice n2 du verre. VAL

8°/ Tracer la courbe représentant sin i1 en fonction de sin i2 à l’aide de l’animation disponible sur le site

en cliquant sur « étude de la réfraction air/plexiglass ». Placer vos points en cliquant directement sur

le graphique. En cas d’erreur recliquer sur le point celui-ci disparaitra. REA

APPELER LE PROFESSEUR POUR FAIRE VERIFIER VOTRE GRAPHIQUE

Compétence Capacité A B C D

Analyser Proposer un protocole

Observer et décrire les phénomènes

Réaliser

Réaliser le dispositif expérimental correspondant au protocole

Réaliser les calculs

Tracer un graphique

Valider Extraire des informations des données expérimentales et les exploiter