Réfraction de la lumière

Pages: 9 (2154 mots) Publié le: 13 novembre 2012
2e B et C

3 Réfraction de la lumière

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Chapitre 3: Réfraction de la lumière
1. Expérience 1 : tour de magie avec une pièce de monnaie
a) Disposition Autour d'une petite boîte contenant une pièce de 1 € de nombreux observateurs se placent tel que le bord de la boîte leur cache tout juste la pièce. (Un tout petit déplacement de la tête suffirait pour voir la pièce !)

b) DéroulementPendant que les observateurs maintiennent leur tête immobile on verse de l'eau dans la boîte.

c) Observation Bien que ni la pièce ni les têtes n'aient bougé la pièce est devenue visible pour tous les observateurs.

d) Explication Tout point-objet de la pièce émet des rayons lumineux dans toutes les directions. Lorsqu'il n'y a pas d'eau, aucun de ces rayons n'aboutit à l'œil.

En présenced’eau, les rayons lumineux émis par la pièce traversent la surface de séparation entre l'eau et l'air. Ces rayons subissent alors un brusque changement de direction : la lumière est réfractée ! Ce phénomène s'appelle la réfraction de la lumière.

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Lorsqu'il y a de l'eau, des rayons émis par la pièce et ayant subi la réfraction passent sans problèmedans l'œil.

2. Expérience 2 : source lumineuse sous l’eau
Une source lumineuse placée sous l’eau émet de minces faisceaux de lumière dans des directions différentes.

Observations 1. La lumière subit la réfraction en sortant de l’eau. 2. La surface de séparation eau/air réfléchit également une partie de la lumière. 3. Un faisceau de lumière très oblique par rapport à la surface de séparationeau/air n’arrive pas à sortir de l’eau : il est totalement réfléchi.

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3. Expérience 3 : lumière passant de l'air dans le plexiglas
a) Dispositif expérimental Sur un disque vertical muni d’une graduation d’angle on dispose, en son centre, un demidisque en plexiglas. On dirige un faisceau laser tangentiellement au plan du disque vers le centre decelui-ci sur le côté plan du demi-disque. Cette surface de séparation entre deux milieux transparents différents s'appelle dioptre.

b) Observations * Au point d’incidence, la lumière traverse le dioptre air/plexiglas avec un brusque changement de direction de la lumière (réfraction). Le rayon réfracté est également tangentiel au plan du disque.

*

Dans cette expérience la lumière passe d’unmilieu moins réfringent dans un milieu plus réfringent !

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c) Mesures Mesurons l'angle de réfraction r pour différents angles d'incidence i. i (°) r (°) sin i sin r
sini sinr

0

10

20

30

40

50

60

70

80

85

d) Conclusions 1. Sauf pour i = 0°, l'angle de réfraction est plus petit que l'angle d’incidence : le rayonréfracté se rapproche de la normale. 2. La réfraction est d'autant plus prononcée que l'angle d'incidence est plus grand. 3. Il n'y a pas de réfraction si la lumière incidente vient perpendiculairement au dioptre (i = 0° r' = 0°). Il n'y a donc pas de réfraction à la sortie du plexiglas où i est toujours  nul. 4. L'angle de réfraction maximum vaut :  =____° 5. Le rayon réfracté se trouve dans leplan d'incidence (= plan formé par la normale au dioptre et le rayon incident). 6. Il n'y a pas de proportionnalité entre i et r, mais entre sin i et sin r.

sin i  constante = ______________ sin r
Cette constante est appelée indice de réfraction relatif du plexiglas par rapport à l’air. Elle dépend des caractéristiques du plexiglas et de l’air, ainsi que de la couleur de la lumière.

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4. Expérience : lumière passant du plexiglas dans l'air
a) Description Refaisons l'expérience précédente mais inversons le sens de propagation de la lumière : Le premier milieu est le plexiglas, le deuxième milieu est l'air.

Il n'y a pas de réfraction à l’entrée dans le plexiglas où i est toujours nul. Nous étudions la réfraction à la sortie du...
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