Chapitre 4 : Pourquoi le prisme disperse-t-il la lumière blanche ?

Chapitre 4 : Pourquoi le prisme disperse-t-il la lumière blanche ?

Les étoiles

l'analyse de la lumière provenant des étoiles donne des informations sur leur température et leur composition. Cette analyse nécessite l'utilisation de systèmes dispersifs

NOTIONS ET CONTENUS COMPÉTENCES ATTENDUES

Dispersion de la lumière blanche par un prisme Réfraction

Lois de Snell-Descartes

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.

Interpréter qualitativement la dispersion de la lumière blanche par un prisme.

 TP06 : Phénomène de réfraction : à la recherche d'un modèle

Rappel :

Dans un milieu homogène et transparent, la lumière se propage en ligne droite.

I. Le phénomène de réfraction

Dans le vide ou dans l'air, la vitesse de la lumière est de 3,00 x 10⁸ m.s^-1.

Dans un autre milieu, caractérisé par l'indice de réfraction n, sa vitesse est plus faible. C'est ce qui explique le phénomène de réfraction (changement de direction des ondes lorsqu'elles changent de milieu de propagation).

plus l'indice du milieu (n) est grand, plus la vitesse des ondes y est faible.

ex : pour l'air : n=1 ; pour l'eau : n=1,33, pour le verre : n=1,5 n ≥ 1 B. Vocabulaire et schéma : voir TP04

C. Les deux cas de figure

Cas n°1 : rayon "rabattu" Cas n°2 : rayon "relevé"

n2 > n1 : rayon qui se propage de l'air dans l'eau : sa vitesse diminue.

le rayon réfracté se rapproche de la normale.

n2 < n1 : rayon qui se propage de l'eau dans l'air : sa vitesse augmente.

le rayon réfracté s'éloigne de la normale.

II. Les lois de Snell-Descartes pour la réfraction

Le rayon réfracté appartient au plan défini par le rayon incident et la normale à la surface de séparation.

B. Deuxième loi

Lorsqu'un rayon passe d'un milieu 1 d'indice n1 à un milieu 2 d'indice n2, les rayons incident i1 et réfracté i2 sont reliés par la relation suivante : n1 sin i1 = n2 sin i2

Ex : rayon va de l'eau salée : i = 30° dans l'air : r = 45°. Calculer l'indice de réfraction.

 TP07 : Comparaison de l'indice de réfraction d'une solution de saccharose à celui de l'eau n=vitesse dans le vide

vitesse dans le milieu

III. Pourquoi le prisme disperse-t-il la lumière blanche ?

Analyse de la situation Le prisme c'est quoi ? le décrire.

que se passe-t-il quand il est traversé par une lumière

monochromatique ?

Disperser - décomposer qu'est-ce que ça veut dire ? quelle est la couleur la plus

déviée par un prisme ?

lumière blanche c'est quoi ? de quoi est-elle

composée ?

- bloc de verre, de plastique - trajet de la lumière monochro :

- il se produit 2x le phénomène de réfraction : air/verre et verre/air.

- on obtient un spectre continu - la couleur la plus déviée par le

prisme est le violet

- polychromatique

- constituée d'une infinité de radiations monochromatiques

Essayons de répondre à la question posée : Hypothèse du groupe :

Hypothèse de la classe :

D'après la loi de Snell-Descartes n1 sin i1 = n2 sin i2, l'angle de réfraction ne dépend que de l'indice du milieu.

Si, pour un angle d'incidence donné, la radiation violette est plus déviée que la radiation rouge, ça veut dire que l'indice du milieu dépend de la longueur d'onde de la radiation. (livre : figure 5 p.263)

Dans le vide, toutes les radiations vont à la même vitesse. Dans un autre milieu, les radiations de grande longueur d'onde (rouges) vont plus vite que les radiations de faible longueur d'onde (bleues).

ex : radiation violette (λ=400 nm ; n = 1,66) et pour un radiation rouge (λ=700 nm ; n = 1,61)

Conclusion :

Le prisme est constitué de 2 dioptres : air / verre et verre / air. À la première réfraction, le violet est plus

dévié que le rouge. Le réfraction sur le 2^ème dioptre accentue cette différence.

Le prisme disperse la lumière blanche car :

• l'indice de réfraction d'un milieu (autre que le vide) dépend de la longueur d'onde,

• sa forme amplifie la dispersion des rayons de longueurs d'onde différentes.

air

air verre

Travail de groupe