c. et quelle conséquence entraînerait cette remarque sur les angles de réfraction r R ;r V et r B...

Transcription

1 TP PHYSIQUE SECONDE THÈME UNIVERS CHAPITRE I DISPERSION DE LA LUMIÈRE SPECTRES LUMINEUX T P 13 P page 1 / 5 NOM :... PRÉNOM :... CLASSE :... DATE :... I. DISPERSION DE LA LUMIÈRE BLANCHE a) Introduction l Expérience de Newton En 1666, Isaac Newton fait ses premières expériences sur la dispersion de la lumière. Pour se faire, il utilise un prisme en verre et la lumière du soleil. Ayant à cet effet obscurci sa chambre et fait un petit trou dans les volets, afin de laisser entrer une quantité convenable de rayons du Soleil, il plaça le prisme contre ce trou, pour réfracter les rayons sur le mur opposé. Il observa alors que la lumière sortant du prisme s étalait en une multitude de faisceaux colorés, reproduisant les couleurs de l arcen-ciel. Il examina chaque tâche de couleur et remarqua que la «partie bleue» était plus déviée par le prisme que la «partie». C est sur cette expérience que Newton s appuie pour affirmer que la lumière blanche est composée d un ensemble de rayons colorés et que le prisme dévie différemment ces rayons. Sa conclusion était révolutionnaire : la couleur est dans la lumière et non dans le verre! b) Décomposition de la lumière à l aide d un prisme Reconstituer l expérience de Newton en utilisant à la place de la lumière du soleil la lumière produite par une lampe à incandescence à travers une fente, comme indiqué ci contre. Faire pivoter le prisme afin de trouver l angle d incidence qui permettra de décomposer la lumière de la façon la plus large Vue de dessus du montage La figure observée sur l écran est appelé spectre de la lumière blanche 1) Décrire l aspect du spectre obtenu 2) Reproduire ci-dessous la succession des radiations colorées observées sur le spectre vu de face sur l écran (préciser les couleurs extrêmes) Couleur :. Couleur :.. 3) Quelles sont les couleurs du rayon lumineux le plus dévié et le moins dévié, par rapport à la direction initiale du rayon incident 4) Observe t on toutes les couleurs? Citez quelques unes d entre elles : 5) A quel phénomène est soumis le rayon incident et combien de fois 6) Reproduire les trajets des rayons lumineux, vert et violet (cliquer sur cette animation pour vous aider) 7) Observer sur cette animation la première réfraction de la lumière lors du passage de la lumière blanche de l air au prisme Page 1 / 5

2 Comparer les valeurs des angles de réfraction du rayon r R du rayon vert r V et du rayon bleu r B Que peut on affirmer 8) Origine de la dispersion de la lumière pa r un prisme On s intéresse à la première réfraction air/verre On rappelle que la loi de la réfraction vu au chapitre précédent dans le cas où le premier milieu est l air n air =1,0 peut s écrire : sin(i) = n 2.sin(r) a. Dans la première réfraction exprimer sin(r) en fonction de sin(i) pour chacun des rayons colorés vert et bleu présent dans le rayon incident de lumière blanche, sin(r R ) =. sin(r V ) =. sin(r B ) =. b. que peut on dire des angles d incidence i R ;i V et i B des rayons vert et bleu présents dans le rayon de lumière blanche incident c. et quelle conséquence entraînerait cette remarque sur les angles de réfraction r R ;r V et r B d. Est-ce conforme à vos observations : l angle de réfraction est il indépendant de la couleur du rayon lumineux? e. A quelle condition les expressions de la question 8 donneraient des valeurs différentes pour les sinus des angles de réfraction conformément à vos observations? f. Conclure en définissant ce qu est un milieu dispersif (milieu capable de séparer les radiations lumineuses présentes dans un rayon lumineux)s 9) Pourquoi dit-on que la lumière blanche est polychromatique? Expliquer ce terme 10) Une source laser est constituée d une lumière monochromatique qu est ce que cela signifie? 11) Reproduire à l aide de l animation du site ostralo.net le trajet suivi par la lumière monochromatique d un laser à travers le prisme ainsi que l aspect du spectre observé (rappel les spectres sont observés dans l obscurité) Laser vert vu de face sur l écran violet Page 2 / 5

3 c) Décomposition de la lumière à l aide d un réseau de diffraction Un réseau est une surface transparente comportant un très grand nombre de traits parallèles alternativement opaques et transparents et très rapprochés ( ex : 500 traits/mm). Un réseau est très fragile, il faut le manipuler sans mettre les doigts dessus. Placer le réseau de diffraction devant la fente en utilisant les deux rainure de la lanterne tel qu il est indiqué sur la figure ci-dessous en veillant à ce que les traits du réseau soit dans la même direction que la fente(le sens des traits apparaît sur le cadre du réseau) 1) Quelle est l aspect la figure observée sur l écran obtenu 2) Reproduire sur la figure ci-dessous, l aspect des spectres observés de face sur l écran Vue de dessus du montage Aspect de la figure observée de face sur l écran 3) Faire apparaître sur la vue de dessus du montage les trajets des radiations violette verte et bleu issue du réseau de diffraction 4) Quelles sont les radiations a. les plus déviées rapport à la direction initiale du faisceau lumineux?s b. les moins déviée par rapport à la direction initiale du faisceau lumineux? 5) Que représente la figure centrale observée sur l écran? 6) Comment s est elle formée? 7) Comparer l étendu des spectres obtenus sur l écran par rapport à celui obtenu à l aide du prisme 8) Quel est du prisme ou du réseau le dispositif le plus dispersif? 9) Conclusion Quel intérêt trouve l astrophysicien dans l utilisation d un système dispersif réseau ou prisme pour l exploration de l univers? II. Les différents types de spectre Vous disposez sur votre paillasse du matériel suivant : une lampe à incandescence, des lampes spectrales (au bureau), des filtres colorés, un spectroscope de poche( spectroscope à réseau) La possibilité d accéder à l internet pour vos recherches et pour observer spectres d'émission et d'absorption d'un élément chimique (une animation en flash) Dans la littérature scientifique, il est fait mention de - spectres continus - de spectres de bande absorption -,de spectres de raies - de spectres d'absorption - de spectre d'émission. Page 3 / 5

4 a) Observer ces différents types de spectres Pour chacun d'eux décrire l'expérience que vous avez réalisée et représenter le spectre obtenu 1) Spectre continu 2) Spectre de raies d émission lampe spectrale (à vapeur de mercure) 3) Spectre de bande d absorption 4) Spectre de raies d absorption Page 4 / 5

5 5) Expliquer les différences pour la réalisation d un spectre d émission et un spectre d absorption III. Spectres de source thermique a) Température et couleur d une source lumineuse À l'aide du matériel dont vous disposez, réaliser un spectre continu. Trouver une expérience permettant de mettre en évidence l'influence de la température du corps émettant la lumière sur le spectre de la lumière émise par ce corps. 1) Donner le mode opératoire de l'expérience. 2) Consulter la vidéo «Wienn» de l expérience placée dans la médiatique de spc. Quelle est l influence de la température de la source thermique sur la couleur de la source et l aspect du spectre observé IV. Comment décoder l'information que transporte la lumière? Décrire les spectres d'absorption des filtres, vert, bleu, cyan, magenta, jaune. Spectre d absorption filtre Bleu Spectre d absorption filtre cyan Spectre d absorption filtre vert Spectre d absorption filtre magenta Spectre d absorption filtre Spectre d absorption filtre jaune Êtes vous capable de deviner quels filtres la lumière blanche a traversé en étudiant simplement le spectre de la lumière obtenu? Réaliser l'expérience suivante : une des personnes du binôme impose à la lumière de traverser un ou plusieurs filtres, et l'autre doit deviner les filtres utilisés en observant uniquement le spectre de la lumière. 3) En quoi ce type d'expérience peut intéresser les astrophysiciens? Page 5 / 5