Animation
1. lois de Descartes 2. dispersion par un prisme
I) étude de la réfraction
I-1 définition de la réfraction Clique sur l’animations :.
lois de Descartes, hémicylindre Donner votre définition de la réfraction :
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Le rayon incident frappe la surface de séparation des 2 milieux transparents au point d’incidence I. Cette surface est appelée le dioptre. L’angle d’incidence i1 est compris entre le rayon incident et la perpendiculaire au dioptre au point I. Le rayon réfracté traverse le second milieu transparent. L’angle de réfraction i2 est compris entre le rayon réfracté et la normale au dioptre.
1) légender le dessin ci-dessus avec les noms suivants :rayon incident, rayon réfracté, point d’incidence I, normale au dioptre, angle d’incidence, angle de réfraction.
2) Quelles sont les valeurs en degré des angles d’incidence i1 et de réfraction i2?
I-2 indice de réfraction d’un milieu transparent Exemple vidéo.
L’univers Chapitre 3 : dispersion et réfraction de la lumière
Chaque milieu transparent est caractérisé par son indice de réfraction n, nombre sans unité, égal ou supérieur à 1, tel que : n = c/v
c = 3,00x108 m.s-1 ,vitesse de la lumière dans le vide v(m.s-1) : vitesse de la lumière dans le milieu transparent.
Exemples : verre, plexiglas : n = 1,50 ; diamant : n = 2,42 ; eau : n = 1,33 ; cristal : n = 1,60
La vitesse de la lumière dans l’air est la même que celle de la lumière dans le vide v = 3,00 x108 m.s-1 , que vaut son indice de réfraction ?
Exercice : calculer la vitesse v de la lumière dans l’eau.
I-3 réfraction: les lois de Descartes
Clique sur les animations lois de Descartes, hémicylindre
- les rayons incidents et réfractés sont-ils dans le même plan ?
- dans le cas de la figure ci-dessus le milieu incident est l’air d’indice n1 =1 ,0 ; le milieu ou a lieu la réfraction est le plexiglas d’indice n2 = 1,5. Les angles d’incidence i1 et i2 ont été déterminés dans le I-1. Calculer les produits n1.sin(i1) et n2.sin(i2). Enoncer les 2 lois de Descartes.
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I-4 détermination de l’indice de réfraction d’un milieu transparent
corrigé
ex 1 réfraction à travers le plexiglas
Un rayon laser traversant l'air de la gauche vers la droite est envoyé sur un bloc de plexiglas (hémicylindre).
1. Rappeler les 2 lois de Descartes sur la réfraction.
2. Dessiner sur un schéma l’angle d’incidence i1 et l'angle de réfraction i2 lorsque le rayon pénètre dans le cylindre. Donner
leur valeur numérique.
3. Représenter sur le schéma le rayon incident et réfracté ainsi que la perpendiculaire au dioptre ( au cours de la première
réfraction).
4. Rappeler la définition de l'indice de réfraction d'un milieu transparent.
5. Sachant que l'indice du plexiglas est n = 1,29 , calculer la vitesse v de la lumière dans ce milieu.
La célérité de la lumière dans le vide est c = 3,00x108 m.s-1.
5. A l'aide de la valeur des angles i2 et i1 et sachant que n(air) = 1,00 , retrouver la valeur de l'indice du plexiglas. On utilisera la loi de Descartes.
6. Observe-t-on un phénomène de réfraction lorsque le rayon sort du cylindre?
7. Quels sont alors les valeurs des angles d'incidence i3 et de réfraction i4. Calculer la valeur de i4 à l'aide de la loi de Descartes. Conclusion.
ex 2: retrouver un angle de réfraction à l'aide d'une courbe.
On reprend l'expérience précédente, mais on change de milieu transparent. Son indice de réfraction n est à déterminer.
1. Expliquer qu'elle expérience simple pourrait permettre de calculer n.
2. On relève une série de valeur d'angle d'incidence et de réfraction. Compléter les deux dernières lignes
i1(°) 0 10 20 30 40 50 60 80 90
i2(°) 0 5,6 11 16 21 25 28 32 33
sin i1
sin i2
3. Représenter la courbe donnant i2 en fonction de i1.
on prendra sur l'axe horizontal 1 cm représente 5° et sur l'axe verticale 1 cm 2°
4. D'après la courbe obtenue pouvez vous dire que i2 est proportionnel à i1? Pourquoi?
5. Représentez sur une seconde courbe sin i2 en fonction de sin i1. echelle pour l'axe vertical et horizontale 1 cm représente 0,05.
6. Déduire de cette courbe l'indice de réfraction du milieu transparent.
II) interprétation de l’expérience du prisme
II-1 expérience (rappel)Clique sur les animations suivantes Animation dispersion par un prisme
Définir le phénomène de dispersion de la lumière blanche. A partir de la seconde loi de Descartes interpréter ce phénomène. Les indices de réfraction des radiations lumineuses qui composent la lumière blanche sont-elles différentes dans le plexiglas ?
En passant à travers le prisme, la lumière blanche est déviée et dispersée en ses différentes radiations colorées.
On dit que le prisme décompose la lumière blanche. Ce phénomène est appelé la dispersion.
II-2. Interprétation
Le prisme est constitué de deux surfaces de séparation. La première est la surface air-verre, appelée face d’entrée du prisme et la seconde est la surface verre-air, appelée face de sortie. Le rayon lumineux incident subit une première réfraction sur la face d’entrée et une deuxième réfraction sur la face de sortie. La lumière incidente est blanche elle est constituée d’une somme de radiations lumineuses .
Toutes les radiations arrivent avec le même angle d’incidence i1. et le même indice de réfraction dans l’air n1 = 1,0 (toutes les radiations lumineuses vont à la même vitesse dans l’air). D’après L’expérience chaque radiation possède un angle de réfraction i2 différent car chaque radiation est déviée différemment. On considère 2 radiations rouge et bleue d’après la seconde loi de Descartes :
n1 sin i1 = n2(rouge) sin i2(rouge)
n1 sin i1 = n2(bleu) sin i2(bleu)
comme i2(rouge) est différent de i2(bleu) alors n2(rouge) est différent n2(bleu)
Les radiations lumineuses n’ont pas le même indice de réfraction dans le verre (donc pas la même vitesse).
L’indice de réfraction d’un milieu transparent, autre que le vide ou l’air, dépend de la longueur d’onde de la radiation qui s’y propage : ce milieu est dit dispersif.
III) réfraction de la lumière dans l’atmosphère terrestre
III-1 l’arc en cielClique sur l’animation : l’arc en ciel et expliquer le phénomène.
III-2 Les mirages Regarder la vidéo
doc 7 p 47
L’indice de réfraction n d’une radiation dépend de la _______________________________. Près du sol l’air est plus chaud que dans l’air. Les rayons lumineux provenant du ciel sont déviés en arrivant vers le sol et arrivent dans l’œil. En regardant le sol, celui ci paraît bleu car l’œil reçoit les radiations du ciel !
III-3 la scintillation des étoiles A lire sur internet
Les variations de température au sein de l’atmosphère ainsi que les milieux hétérogènes présents dans l'espace ____________________________les radiations lumineuses des étoiles. La lumière des étoiles scintille.
Programme officiel L'UNIVERS
L’Homme a de tout temps observé les astres afin de se situer dans l’Univers. L’analyse de la lumière émise par les étoiles lui a permis d’en connaître la composition ainsi que celle de leur atmosphère et de la matière interstellaire.
L’étude du mouvement des planètes autour du Soleil l’a conduit à la loi de gravitation universelle.
Il apparaît ainsi que le monde matériel présente une unité structurale fondée sur l’universalité des atomes et des lois.
NOTIONS ET CONTENUS COMPÉTENCES ATTENDUES
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
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.
Préparation au DS
1) Donner la définition du phénomène de réfraction
2) Légender le dessin ci-dessus avec les noms suivants : rayon incident, rayon réfracté, point d’incidence I, normale au dioptre, angle d’incidence, angle de réfraction.
3) Quelles sont les valeurs en degré des angles d’incidence i1 et de réfraction i2?
4) Enoncer les 2 lois de Descartes sur la réfraction
5) Expliquer le phénomène de dispersion et l’interpréter à l’aide de la seconde loi de Descartes.
