Chapitre 2 La réflexion de la lumière Manuel, p. 41 à 76

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1 . a) La péride (T) d une nde crrespnd au temps nécessaire à l nde pur effectuer un cycle cmplet. D après le graphique, T 4 3,2 s,00 s. b) f T,00 s 0,200 s- 0,200 Hz c) Il n est pas pssible de déterminer la lngueur d nde (). Il faudrait pur ce faire que la vitesse de l nde sit spécifiée dans l énncé u que le graphique spatial de l nde sit furni. d) D après le graphique, A 2 cm. 2 T 2,26 s-,00 s Ainsi : y(t) 2 3 sin (,26 t) Dans cette équatin, les unités de y et de t snt respectivement le centimètre (cm) et la secnde (s). Chapitre 2 La réflexin de la lumière Manuel, p. 4 à 76 POUR FAIRE LE POINT Sectin 2. Les types de réflexins Manuel, p. 43. La réflexin spéculaire se prduit sur une surface lisse : des rayns incidents parallèles se prpagent parallèlement après la réflexin. La réflexin diffuse se prduit sur une surface rugueuse : des rayns incidents parallèles snt réfléchis dans différentes directins. 2. Plir le plancher a pur effet de réduire les irrégularités de surface. La réflexin, sans être ttalement spéculaire, devient mins diffuse. Sur la partie nn plie, la réflexin reste diffuse et le plancher demeure mat. 3. Le papier glacé est recuvert d une cuche qui réfléchit une partie imprtante de la lumière incidente. Cette réflexin est «passablement spéculaire». Si les psitins de la surce lumineuse, du papier et des yeux snt telles que l essentiel du faisceau réfléchi se dirige vers les yeux, la lecture sera difficile. En effet, la quantité de lumière réfléchie peut ébluir la persnne qui lit u, sans aller jusque-là, il peut être difficile de distinguer la lumière réfléchie par les pigments d impressin (caractères, images) de la lumière réfléchie par le papier glacé. Sur du papier mat, la lumière incidente est diffusée dans tutes les directins et il y a peu de risque que les yeux reçivent trp de lumière. 4. La surface d un lac n est pas lisse. La réflexin sur cette surface n est dnc pas spéculaire. De plus, la surface buge cntinuellement, ce qui rend l image instable.. a) Réflexin diffuse. b) Réflexin (presque) spéculaire. c) Réflexin diffuse. d) Réflexin (presque) spéculaire. e) Réflexin spéculaire. 6. a) La lngueur d nde de la lumière verte (0 nm) est nettement plus grande que la taille des irrégularités de surface (0 nm). La réflexin est dnc spéculaire. b) La lngueur d nde de la lumière verte (0 nm) est plus petite que la taille des irrégularités de surface (2 µm, sit nm). La réflexin devient diffuse. Sectin 2.2 La gémétrie de la réflexin. B 2. Manuel, p. 4 M2 M M3 Quantum Physique Chapitre 2 Pur faire le pint Crrigé

2 3. a) i 30 b) mirir c) i d) mirir Sectin 2.3 La réflexin sur un mirir plan : les lis de la réflexin Manuel, p. 47. i r 60 i? Seln la secnde li de la réflexin, i r. Il en décule que 2 i 60 et dnc que i i 20 a) r? D après la deuxième li de la réflexin, r 20 b) mirir i i Si la rtatin du mirir a pur effet de rapprcher la nrmale du rayn incident, le nuvel angle d incidence devient i2 i 2 (n suppse que i ) et ainsi l angle de réflexin sera r2 i 2. i i 7. Sit, l angle entre le mirir M et le rayn incident. L angle d incidence vaut M 3. i dnc r i M2. Le rayn revient sur lui-même (le rayn réfléchi se cnfnd avec le rayn incident), car l angle d incidence est nul et dnc l angle de réflexin aussi. 6. La répnse varie seln la façn dnt la nrmale et le rayn incident snt tracés. Si la rtatin du mirir a pur effet d éligner la nrmale du rayn incident, le nuvel angle d incidence devient i2 i et ainsi l angle de réflexin sera r2 i. À chaque réflexin, la directin du rayn réfléchi béit à la secnde li de la réflexin. Le rayn réfléchi par M2 est écarté d un angle d une nrmale qui est parallèle au mirir M. Puisque le rayn incident est lui-même écarté d un angle du mirir M, le rayn incident et le rayn réfléchi snt parallèles. 8. À chaque réflexin, la directin du rayn réfléchi béit à la secnde li de la réflexin. Ainsi, si le rayn incident est perpendiculaire à l un des mirirs, il se réfléchit sur lui-même et repart dans la directin de la surce. Si le rayn incident est parallèle à l un des tris mirirs, le rayn peut se réfléchir successivement sur deux mirirs. Cmme le mntre la questin 7, le rayn repart parallèlement au rayn incident en directin de la surce. Dans ce cas, le plan d incidence est perpendiculaire aux deux mirirs. 6 Quantum Physique Chapitre 2 Pur faire le pint Crrigé

3 Dans le cas général, c est-à-dire lrsque le plan d incidence est quelcnque, le rayn lumineux subit tris réflexins cmme indiqué dans la figure suivante. z Rayn incident 6. Puisque le rayn incident est parallèle à l axe principal, il passera par le fyer après réflexin. Puisque R 30 cm, f R 30 cm cm. 2 2 Le rayn réfléchi cupera l axe principal à cm du smmet du mirir. x La cnfiguratin des rayns lumineux dans le cas général tridimensinnel. y Rayn réfléchi Le rayn réfléchi après la trisième réflexin est parallèle au rayn incident. Ainsi, dans un rétrréflecteur en cin de cube, le rayn réfléchi est tujurs parallèle au rayn incident, quelle que sit la directin d incidence. 7. A : Le rayn réfléchi passe par C (trisième rayn 8. B : Le rayn réfléchi passe par F (premier rayn C : Le rayn réfléchi est parallèle à l axe principal (deuxième rayn D : Le rayn réfléchi passe par F (premier rayn Rayn Rayn 2 Rayn 3 S F C Sectin 2.4 La réflexin sur les mirirs sphériques Manuel, p. 4. : Axe principal 2 : Centre de curbure (C) 3 : Fyer (F) 4 : Smmet du mirir (S) : Mirir cncave (u mirir cnvergent) 2. La face interne de la cuillère est un mirir cncave (pas vraiment sphérique, tutefis), et la face externe est un mirir cnvexe. 3. Sit, l angle entre le rayn incident et l axe principal. L angle de réflexin est aussi égal à. Dnc, l angle entre le rayn incident et le rayn réfléchi est égal à f 20 cm R? R 2f cm 40 cm. Avec un mirir parablique, tus les rayns incidents parallèles à l axe principal cnvergent, après réflexin, exactement au même pint, le fyer. Avec un mirir sphérique, les rayns réfléchis ne cnvergent pas exactement au même pint et le fyer est mins bien défini. 9. A : Le rayn réfléchi est parallèle à l axe principal (deuxième rayn B : Le rayn réfléchi se prpage dans une directin dnt le prlngement passe par F (premier rayn C : Le rayn réfléchi se prpage dans une directin dnt le prlngement passe par C (trisième rayn Le rayn est dnc réfléchi sur lui-même. D : Le rayn réfléchi se prpage dans une directin dnt le prlngement passe par F (premier rayn Sectin 2. Les images Manuel, p m? 20 cm 0,20 m 4,0 cm 0,040 m h h 0,040 m 3 0 m 0 m 0,20 m Quantum Physique Chapitre 2 Pur faire le pint Crrigé 7

4 2. 30 m cm, cm g? g, cm, cm 3. L image est virtuelle (il faut regarder dans le mirir pur l bserver), drite et de grandeur identique à celle de l bjet h 00 ; 3 h 30 ; 8 h 00 (u 6 h 00).. Du sens de l image. Le mt «AMBULANCE» est écrit de drite à gauche sur le capt de l ambulance (vu de face) de façn à puvir être lu par quelqu un qui regarde l image de l ambulance dans un rétrviseur de viture. Cmme l image furnie par un rétrviseur (mirir plan) est drite, la lettre «A» qui est située à gauche sur l ambulance apparaît située à gauche sur l image : le mt se lira dnc nrmalement, de gauche à drite N? N ( 360 ) 2 ( ) On sait : que le fyer se truve sur l axe principal ; qu un rayn incident parallèle à l axe principal (premier rayn principal) est réfléchi en directin du fyer u dans une directin dnt le prlngement prvient du fyer. Il suffit de tracer ces rayns u leur prlngement et de déterminer le pint ù le rayn réfléchi cupe l axe principal. Ce pint d intersectin est le fyer. Il faut tenir cmpte du fait qu un rayn incident venant de la pinte de l bjet passe, après réflexin, par le pint crrespndant à la pinte de l image. O i F O 8. f -60,0 cm 6 m 600 cm, m?? f f 2-60,0 cm cm cm cm cm 600 cm - cm - g - h - h i, m 3 (- cm) 2 4 cm 6 m Puisque 0, l image est virtuelle, et puisque 0, l image est drite. 9. Rétrviseur cnvexe dnc f -0 cm g 0,0?? Il faut d abrd déterminer le signe du grandissement. Pur un mirir cnvexe, l image est tujurs drite (vir le tableau 4, à la page 6) et dnc g 0,0. g - 0,0-0,0 3 f -0 cm Les deux équatins ci-dessus cnstituent un système de deux équatins à deux incnnues, et, qu il faut résudre par une des méthdes habituelles. Par exemple, n peut remplacer dans le terme de drite de la deuxième équatin par l expressin de furnie par la première équatin : i F 2 0,0 2-0,0 0,0 0,0 0,0 8 Quantum Physique Chapitre 2 Pur faire le pint Crrigé

5 -0,90-9 0,0 On btient alrs : f -0 cm (-0 cm) 40 cm 4, m et -0,0 3-0,0 3 4, m -0,4 m -4 cm Puisque 0, l image est virtuelle, ce qui est chérent avec le fait que le mirir est cnvexe et que la cnductrice vit sn image dans le mirir. 0. Objet : la dent mm f 20 mm g? Puisque g -, il suffit de truver pur puvir déterminer g. f f 2 20 mm 2 mm 3 60 mm mm - 60 mm -60 mm L image est virtuelle, car l bjet (la dent) se truve entre le fyer et le mirir. La dentiste peut ainsi vir la dent en regardant dans le mirir. g - (-60 cm) - mm 4,0 Puisque g 0, l image est drite.. Objet : la persnne 2 m R? Si l image est tris fis plus grande que l bjet, le mirir est nécessairement cncave, car un mirir cnvexe furnit tujurs une image (virtuelle) plus petite que l bjet (vir le tableau 4, à la page 6). Cnnaissant g et, n peut déduire, puis f et R : g - d -g m -6 m f 2 m -6 m 3 6 m - 6 m 2 6 m f 3 m f 3 m R 2f m 6 m Puisque le rayn de curbure est psitif, le mirir est effectivement cncave. La persnne purrait percevir une image réelle et inversée. Dans ce cas, la slutin devient : g -3 g - -g 3 -(-3) 3 2 m 6 m f, m R 3 m 2. La bule cnstitue un mirir cnvexe. Diamètre 8 cm R 4 cm f 2 cm Puisque le mirir est cnvexe, R 0 et f 0 seln la cnventin de signes, dnc f -2 cm. L image est réduite de mitié. Cmme le mirir est cnvexe, l image est drite (vir le tableau 4, à la page 6). Ainsi, n écrit g 0,.? g - 0, d -0, 3 f f -2 cm Les deux équatins ci-dessus cnstituent un système de deux équatins à deux incnnues, et. On peut remplacer dans le terme de drite de la deuxième équatin par l expressin de furnie par la première équatin : 2 0, 2-0, 0, 0, 0, -0, - 0, f d -2 cm - d - 3 (-2 cm) 2 cm Chapitre 2 La réflexin de la lumière Manuel, p. 76. Sit, l angle entre le rayn réfléchi et le mirir plan r et puisque r i, alrs 90 2 i et i Quantum Physique Chapitre 2 Pur faire le pint Crrigé 9

6 2. a) Si n éligne le centre de curbure, R augmente et f augmente aussi puisque f R 2. b) Elle devient infinie. c) Un mirir plan. 3. a) M : mirir plan ; M2 : mirir cnvexe (u divergent). b) Cmme l angle d incidence est égal à l angle de réflexin, le rayn réfléchi par le mirir M2 passera par B. 4. La réflexin sur le mirir M est errnée. En effet, l angle d incidence ( i ) n est pas égal à l angle de réflexin ( r ).. En utilisant la secnde li de la réflexin, n truve que le rayn atteindra le mirir M2 après ses réflexins sur les mirirs M4 et M. 6. Cmme les images virtuelles se frment derrière les mirirs plans, les mirirs dnnent l impressin qu il y a quelque chse derrière eux, ce qui semble agrandir la pièce. 7. D abrd, lrsque la persnne est au-delà du centre de curbure : image réelle, inversée, plus petite que la persnne, entre le centre et le fyer. La persnne est au centre de curbure : image réelle, inversée, de même grandeur que la persnne, en C. La persnne est entre le centre de curbure et le fyer : image réelle, inversée, plus grande que la persnne, au-delà du centre de curbure. La persnne est au fyer : pas d image (u image à l infini, ce qui revient au même). La persnne est entre le fyer et le mirir : image virtuelle, drite, plus grande que la persnne, derrière le mirir et plus lin du mirir que la persnne. 8. Le visage de la persnne est alrs au fyer (u près du fyer) de la cuillère. 9. f -20 cm 0 cm 2 cm?? f f 2-20 cm 2 0 cm - 00 cm cm cm -00 cm -4 cm 7 g - - g 7,0 cm (-4 cm) (2 cm) - 0 cm Puisque 0 et que 0, l image est virtuelle et drite (et plus petite que l bjet), cmme à l habitude pur un mirir cnvexe. Chapitre 3 La réfractin de la lumière Manuel, p. 77 à 94 POUR FAIRE LE POINT Sectin 3.2 L indice de réfractin Manuel, p. 8. v 2, m/s c 3, m/s n? 2. n,92 c 3, m/s v? n v c = v c 8 3, 00 0 m/s = = = n, 92, m/s n c = = v 8 3, 00 0 m/s 8 2, 0 0 m/s =, v air c 3, m/s v zircn, m/s (vir la questin 2 ) 0 Quantum Physique Chapitre 3 Pur faire le pint Crrigé