COURS DE SCIENCES PHYSIQUES Classe de 2 nd GT

Transcription

1 NOM et Prénom de l élève : COURS DE SCIENCES PHYSIQUES Classe de 2 nd GT ACTIVITÉS 7 RÉFRACTION DE LA LUMIÈRE 8 LA RÉFLEXION TOTALE 1

2 Activité 7 OBJECTIFS Mettre en évidence le phénomène de réfraction. Utiliser la loi de Descartes. 1- Découverte du phénomène de réfraction 1-1 Expérience dite d Archimède «Si tu poses un objet au fond d un vase et si tu l éloignes jusqu à ce que l objet en question ne se voie plus, tu le verras réapparaître à cette distance dès que tu rempliras le vase d eau.» L expérience proposée par Archimède ( av. J.-c.) est réalisée avec une tasse et une pièce de monnaie. Une webcam remplace l œil de l expérimentateur. Fig 1. La tasse sans eau Fig 2. La tasse avec de l eau 1-2 Expérience de la paille brisée Une paille est plongée dans un verre d eau. On observe qu elle paraît brisée. 1-3 Réfraction d un faisceau lumineux Pour suivre le trajet d un faisceau de lumière lors d un changement de milieu, il est possible d utiliser un dispositif constitué d un matériau transparent posé sur une surface plane. On visualise le trajet de la lumière, qui se propage dans l air, puis dans le matériau transparent. 2

3 2- Définitions La réfraction est le changement de direction que subit un rayon lumineux quand il traverse la surface séparant deux milieux transparents différents. La Normale est une droite perpendiculaire à la surface de séparation des deux milieux. L angle d incidence est l angle entre le rayon incident et la normale. Il est noté i. L angle de réfraction est l angle entre le rayon réfracté et la normale. Il est noté r. Le plan qui contient le rayon incident et la normale au dioptre est appelé plan d incidence. i r 3- Loi de Descartes 1 ère loi de Descartes de la réfraction : Le rayon réfracté appartient au plan d incidence. 2 ème loi de Descartes : Lorsque le rayon lumineux est réfracté, l angle d incidence i et l angle de réfraction r sont lié par la relation : n est une constante caractéristique du milieu (n >1) appelé son indice de réfraction par rapport a l air. L indice d un milieu est une grandeur sans unité. 3

4 Voici quelques exemples : Milieu Indice (n) Milieu Indice (n) Air 1 Verre, pexiglas 1,50 Eau 1,33 Diamant 2,42 L indice de réfraction : On a vu que c est la vitesse de la lumière dans le vide ou l air, cela veut dire que dans un milieu, celle-ci doit être différente : on la note :. Conséquences Quand un rayon arrive de l air et se réfracte dans un milieu transparent quelconque, il se rapproche de la normale. Inversement s il arrive d un milieu transparent quelconque et se réfracte dans l air, il s éloigne de la normale. 4- Application de la loi de Descartes Un rayon incident arrive sur un morceau de verre sous une incidence de 35. a) Sur le schéma indiquer par une lettre I le point d incidence, Puis dessiner la normale à la surface de séparation des deux milieux. b) L angle de réfraction observé dans le matériau a pour valeur 21. Représenter sur le schéma précédent, le trajet du rayon lumineux dans ce verre. c) Calculer l indice de réfraction de ce verre. 4

5 Activité 8 OBJECTIFS Mettre en évidence le phénomène de réflexion totale. Prévoir par le calcul ce phénomène observé. 1- Phénomène de réflexion totale Ce phénomène est observé lorsque la lumière passe d un milieu plus réfringent vers un milieu moins réfringent. 2- Le phénomène de réflexion totale Lorsque la lumière passe d un milieu plus réfringent à un milieu moins réfringent, (n 1 > n 2 ), alors la lumière subit un phénomène de réflexion limite. Cette valeur particulière de i est notée :. est appelé angle limite de réfraction. Applications : La fibre optique. Elle permet de faire passer une onde lumineuse dans un câble. Les fontaines lumineuses. 5

6 5- Application de la réflexion totale Un élève désire comprendre le principe de fonctionnement d une fibre optique. Pour cela il dispose d un tube de verre d indice de réfraction n 1 = 1,5. L air qui entoure la fibre optique a un indice de réfraction n 2 = 1. a) Quel doit être l angle d incidence minimal en I pour qu un rayon lumineux reste dans le tube de verre. b) Tracer la normale au point I et représenter le trajet du rayon lumineux dans la fibre optique. 6

7 7

8 8