2e BC TP1: Réflexion et réfraction de la lumière 1
TP 1: Réflexion et réfraction de la lumière
1) But de la séance
Le but de cette séance de travaux pratiques est de vérifier les lois de la réflexion et de la réfraction.
La première décrit le changement de direction d’un rayon lumineux sur une surface réfléchissante. La deuxième décrit le changement de direction que subit un rayon lumineux passant d’un premier milieu dans un deuxième milieu.
2) Quelques notions théoriques
Lorsque la lumière est réfléchie sur une surface réfléchissante, les angles de réflexion r et d'incidence i sont égaux d'après la loi de Descartes : r = i .
Lorsque la lumière passe d’un premier milieu transparent dans un deuxième milieu transparent, l’angle d’incidence i et l’angle de réfraction r’ obéissent à la loi de Snell- Descartes : n1·sin i = n2·sin r’
où n1 et n2sont les indices de réfraction (absolus) du premier et deuxième milieu.
En dehors de la réfraction, nous observons également la réflexion d’une partie du faisceau lumineux sur le dioptre
Lors du passage de la lumière du plexiglas dans l’air, si l’angle d’incidence s’approche de l’angle d’incidence limite λ, l’angle de réfraction r’ s’approche de 90°.
Montrer que si i = λ, r’=90° on a la relation : sin λ =n2 n1 .
3) Dispositif expérimental. Mesures
Un faisceau de lumière réalisé à l’aide d’une lampe halogène, illumine une fente. On obtient un faisceau de lumière parallèle et assez fin permettant de réaliser les expériences de réflexion et de réfraction. Afin de repérer les angles, on utilise un disque horizontal gradué en degrés d'angle.
i r
r
r'
2e BC TP1: Réflexion et réfraction de la lumière 2 1) Placer un miroir plan sur ce disque. Mesurer i et r.
2) Remplacer le miroir par un demi-cylindre en plexiglas. Le faisceau de lumière doit entrer par le centre de la surface plane du plexiglas. Mesurer i et r’.
i en ° 0 10 20 30 40 50 60 70 80 85
r en ° r' en °
i r' sin i sin r’
sini sinr'
3) Faire passer la lumière du plexiglas dans l’air en retournant le demi cylindre.
Vérifier le phénomène de la réflexion totale et mesurer l’angle d’incidence limite λ.
On peut aussi observer la dispersion de la lumière (= décomposition de la lumière blanche dans les différente couleurs qui la constituent).
4) Représenter i en fonction de r’ ainsi que sin i en fonction de sin r’ . (Sur le logiciel MS Excel et sur papier millimétrique !).
Déterminer la pente de la droite d’ajustement du graphique sur papier millimétré.
5) Ajuster le graphique sin i en fonction de sin r’ par une droite de régression.
Comparer la valeur de la pente calculée avec celle, déterminée par le logiciel.
6) Faire un calcul de régression linéaire afin de déterminer la pente a et l’ordonnée à l’origine b de la droite de régression avec leurs incertitudes absolues et relatives.
7) D’après la théorie (Snell-Descartes), la pente de cette droite est égale au rapport des deux indices de réfraction (a = n2
n1 = indice de réfraction relatif) et l’ordonnée à l’origine doit être nulle (b=0).
( sin i = n2
n1 ·sin r’ est du type y = a ·x + b où a = n2
n1 et b = 0)
7) Déduire l’indice de réfraction du plexiglas (valeur, incertitudes absolue et relative.) 8) Conclure quant à la validité des lois de la réflexion et réfraction.
