Manipulation:

Observer une pièce dans une tasse sans eau. Se reculer suffisamment pour ne plus voir la pièce.

Sans bouger la tête, verser de l’eau dans la tasse.

Qu’observe-t-on?

A l’aide d’un morceau de plexiglas et d’un faisceau de lumière proposer une construction permettant d’illustrer ce phénomène.

Autres observations de la réfraction

Autres observations de la réfraction

Ph 2 Réfraction et dispersion de la lumière

Objectifs: lois de la réfraction décomposition de la lumière par un prisme

Ch 8 Réfraction et dispersion de la lumière

1 – Réfraction de la lumière

2 - Dispersion de la lumière par un prisme

1 – Réfraction de la lumière

 

Rayon incidentRayon incident

Rayon réfracté Rayon

réfracté

Point d’incidence I

Point d’incidence I

Normale au plan de séparation des

2 milieux transparents

Normale au plan de séparation des

2 milieux transparents

Premier milieu transparent

Premier milieu transparent

Deuxième milieu transparent

Deuxième milieu transparent

Angle d’incidence i

Angle d’incidence i

Angle de réfraction rAngle de

réfraction r

1 -1. Définitions

On parle de réfraction lorsqu’un faisceau de lumière passe d’un milieu transparent à un autre milieu transparent.

Le plan d’incidence est le plan perpendiculaire à la surface qui sépare les deux milieux transparents et contenant le rayon incident.

L’angle d’incidence i est l’angle que fait le rayon incident avec la normale à la surface de séparation, au point d’incidence.

L’angle de réfraction r est l’angle que fait le rayon réfracté avec la normale à la surface de séparation, au point d’incidence.

1-2. Première loi sur la réfraction

Mode opératoire :

Observation et conclusion :

Le rayon réfracté est contenu dans le plan d’incidence.

On désir maintenant voir si il y a une relation entre l’angle d’incidence i et l’angle de réfraction r.

Il faut donc faire des mesures précises de ces angles à l’aide d’un rapporteur. Parmi toutes les formes de plexiglas de la boite, laquelle semble la plus judicieuse?

http://sites.univ-provence.fr/~laugierj/CabriJava/0pjava104.html

Le demi cylindre, car le faisceau qui rentre par son centre est confondu avec un rayon du cercle et sort sans être dévié du plexiglas.

1-3 – Deuxième loi sur la réfraction  mode opératoire : Pour différentes valeurs de

l’angle d’incidence mesurer les valeurs de l’angle de réfraction. Compléter le tableau suivant:

i ° 0 10 20 30 40 50 70 85

r °

Sin(i)

Sin(r)

Résultats des mesures: Voir tableauExploitation des mesures: Tracer la courbe sin(i) en fonction de sin(r).

sin(i)

Sin(r)

Conclusion: La courbe étant une droite qui passe par

l’origine on peut conclure que sin(i) est proportionnel à sin(r). Soit :

Sin(i) = nxsin(r) Que représente graphiquement n? n est la pente ou le coefficient directeur de la

droite représentant sin (i) en fonction de sin(r). Quelle est la valeur de n?

sin(i) en fonction de sin(r).

sin(i)

Sin(r)

n =

A(xA yA)

B(xB yB)

n = pente de la droite

n = 1,5

)(

)(

AB

AB

xx

yy

unité?

Donc: sin(i) = 1,5xsin(r)

n est aussi une constante qui caractérise le deuxième milieu transparent. On l’appelle indice de réfraction.

Quelle est la valeur de l’indice de réfraction du plexiglas utilisé en TP?

L’indice de réfraction du plexiglas est n = 1,5

Autres exemples d’indice de réfraction:

Milieu Air Eau Verre Cristal Diamant

Indice 1,0 1,3 1,5 1,7 2,4

Généralisation:

Un rayon lumineux qui arrive avec un angle d’incidence i1 d’un milieux d’indice de réfraction n1 sur un milieu transparent d’indice n2 est réfracté avec un angle de réfraction i2 suivant la

loi de Descartes, Snell, (peut être Ibn Sahl au moyen-âge, ou les grecques antiques):

 

milieu transparent d’indice n1

milieu transparent d’indice n1

milieu transparent d’indice n2

milieu transparent d’indice n2

i1 i1

loi de Descartes, Snell : n1xsin(i1) = n2xsin(i2)

i2

i2

Faire l’exercice n° 1 du polycopiéFaire l’exercice n° 1 du polycopié

2 - Dispersion de la lumière par un prisme

Manipulation : Placer un prisme en travers de la marche d’un

faisceau de lumière blanche. Observer la lumière sortant du prisme sur un

écran.

Spectre de la lumière blanche

Spectre de la lumière blanche

Interprétation: Comment peut-on expliquer l’apparition d’un

spectre de la lumière blanche sur l’écran?

La lumière blanche est composée d’une multitude de couleurs. Chaque couleur de la lumière est déviée par le prisme avec un angle de réfraction différent.

Les couleurs sont donc projetées sur différents endroits de l’écran formant ainsi un spectre de la lumière blanche.

Autres observations de la dispersion de la lumière blanche

Que peut-on dire des indices de réfraction dans le verre des différentes couleurs qui compose ce spectre?

Chaque couleur a un indice de réfraction qui lui est propre dans le verre.

Faire l’exercice n°2 de la feuille polycopiée.

3. Lumière et longueur d’onde On associe à chaque couleur une grandeur appelée

longueur d’onde exprimée en mètre.

Les radiations du visible ont des longueurs d’onde comprises entre 400 et 800 nm

Suite exercices polycopiés

longueur d’onde longueur d’onde

Domaine du visibleDomaine du visible

400 nm 400 nm 800 nm 800 nm

IR IR UV UV