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TP PHYSIQUE Réfraction de la lumière 2DE

1

I. LE PHENOMENE DE REFRACTION

Expérience 1 : Au fond d’un récipient on place une monnaie. On place le récipient sur la table suffisamment loin pour que la monnaie ne soit pas visible. En rajoutant de l’eau dans le récipient on observe que la monnaie devient visible.

Ø Proposer une explication.

(http://www.web-‐sciences.com/documents/seconde/sedo05/setp0506.php5)

Expérience 2 : Un crayon plongé à moitié dans un verre d'eau semble être brisé au niveau de la surface.

Ø Proposer une explication.

voir : http://www.youtube.com/watch?v=Nkzy1EPZ10A)

Expérience 3 : Un faisceau laser est envoyé obliquement à la surface de l'eau contenue dans une cuve.

1. Noter vos observations. 1. Le faisceau lumineux laser change de direction lorsqu’il passe de l’air dans l’eau.


2

2. Compléter et légender le schéma ci-‐contre avec les mots suivants: «milieu 1: air» , «milieu 2: eau» , «point d’incidence I» «rayon incident», «rayon réfracté» , «surface de séparation», «normale» « angle d’incidence i1 » , « angle de réfraction i2 ». Les angles i1 et i2 sont mesurés par rapport à la normale en pointillés. 2. Voir schéma. 3. Comparer les angles i1 et i2. Que vaut i2 lorsque i1 = 0° ? 3. i1< i2. Si i1= 0° alors i2= 0. 4. Définir le phénomène de réfraction. 4. Le phénomène de réfraction est le changement de direction d’un faisceau lumineux losqu’il passe d’un milieu à un autre milieu.

II. ETUDE DE LA REFRACTION II.1. Protocole

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Eric DAINI Lycée Paul Cézanne Aix en Provence © http://labotp.org

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: - étudier la réfraction plexiglass air ; comparer i1 e i2. - la loi de Descartes est-elle encore valide pour la réfraction plexiglass-air ? Justifier.

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3

Un demi-‐cylindre de plexiglas est posé sur un disque gradué en degré, pouvant tourner autour de son axe, comme l’indique le schéma ci-‐contre. Une source de lumière blanche émet un faisceau lumineux au centre de la surface plane du demi-‐cylindre. Le rayon incident est réfracté dans le plexiglass. Les graduations angulaires du disque permettent de mesurer les angles d’incidence i1 et de réfraction i2. � Régler votre montage pour obtenir une situation analogue à celle du schéma.

o Repérer sur votre montage: le point I, la normale aux deux milieux air et plexiglas et les angles i1 et i2. Les représenter sur le schéma.

o Faire vérifier votre montage avant de continuer. o Pour une dizaine de valeurs de l’angle d’incidence i1 variant entre 0° et 70° relever les

valeurs correspondantes de l’angle de réfraction i2. Noter les valeurs de i1 et i2 en degré dans le tableau ci-‐contre.

o Compléter le tableau ci dessous :

i1[°] 0 70 i2[°]

II.2. Recherche d’un modèle

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4

Plusieurs savants ont proposé une relation mathématique entre les angles i1 et i2 :

Ø A partir des mesures dont vous disposez chercher lequel des trois modèles proposés est valide.

Ø Le modèle de Grosseteste n’est pas valide car i1/i2 n’est pas égal à 2. Ø Le modèle de Képler n’est pas valide car i1/i2 est différent d’une constante k. Le

modèle de Képler semble valide que pour les petits angles (i1 < 40°) car i1/i2 » 1,5 mais pas pour les angles plus grands.

Ø Pour vérifier le modèle de Descartes il faut calculer le rapport : sin(i1) / sin(i2) . On constate que ce rapport est constant pour tous les angles : donc le modèle de Descartes est valide.

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