PHYSIQUE OPTIQUE. La réflexion. Chapitre 2. MARC VOYER CSDPS Marc Voyer Physique : Optique : Chapitre 2 : La réflexion Page 1

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1 PHYSIQUE OPTIQUE La réflexion Chapitre 2 MARC VOYER CSDPS Marc Voyer Physique : Optique : Chapitre 2 : La réflexion Page 1

2 La réflexion La loi de la réflexion L angle d incidence est toujours égal à l angle de réflexion. De plus, le rayon incident, le rayon réfléchi et la normale sont toujours dans un même plan. La réflexion spéculaire est une réflexion sur une surface lisse. (Comme un miroir) La réflexion diffuse est une réflexion sur une surface non lisse. (Permet la vision) En physique, les caractéristiques d une image sont données par sa nature (réelle ou virtuelle), son sens (droit ou inversé), sa taille (plus petite, plus grande ou équivalente à celle de l objet) et sa position (plus près, plus loin ou à la même distance du miroir que l objet). 1. Un rayon lumineux vient frapper un miroir tel qu illustré ci-contre. Déterminer l angle d incidence et l angle de réflexion de ce rayon. Tracer le rayon réfléchi. 2. Tu éclaires la surface d un miroir avec une boîte à rayons. Le rayon lumineux incident forme un angle de 37 avec la surface du miroir. Quelle est la valeur de l angle de réflexion? 3. Quel est la valeur de l angle d incidence de ce rayon? 100º i = Marc Voyer Physique : Optique : Chapitre 2 : La réflexion Page 1

3 4. Tracer le rayon réfléchi par le miroir sur chacune des illustrations ci-dessous, puis positionner le point P. a) b) P P 5. Martine et Carole se regardent dans un miroir plan. Elles sont éloignées l une de l autre de 1,80 m, et toutes deux sont à 1 m du miroir. Faire un schéma de cette situation et déterminer l angle d incidence d un rayon partant de Martine et se rendant jusqu'à l oeil de Carole. Marc Voyer Physique : Optique : Chapitre 2 : La réflexion Page 2

4 6. Un espion croit que l'objet qu'il convoite est dans une pièce. Il regarde dans la pièce par une petite ouverture pratiquée dans un mur comme illustré par le schéma suivant. Démontrer, à l aide du tracé de rayons, que l'espion peut voir l'objet. Objet Armoire Espion Armoire Miroir 7. Tu dois faire passer un faisceau laser du point A au point B en contournant un obstacle. L illustration ci-contre représente cette situation. Pour ce faire, tu disposes de plusieurs petits miroirs plans. De quelle manière vas-tu placer les petits miroirs pour réussir à faire passer le faisceau du point A au point B? Marc Voyer Physique : Optique : Chapitre 2 : La réflexion Page 3

5 La réflexion de la lumière dans les miroirs plans Nous sommes toutes et tous familiarisés avec notre image dans un miroir plan. Lorsque tu regardes dans un miroir, tu vois une image de ton visage, sans grossissement, apparemment située derrière le miroir. Si tu avances vers le miroir, ton image s en approche, de sorte que l image est toujours à la même distance du miroir que l est l objet. Il faut noter que l image que l on voit dans un miroir plan ne peut pas se former sur un écran. L image dans un miroir plan est produite au point où les rayons réfléchis, s étendant derrière le miroir, semble se rencontrer. Chaque point de l image formée par un miroir plan est vis-à-vis du point de l objet duquel il provient. C est pourquoi notre main gauche semble devenir notre main droite et vice versa. Cependant, il ne faut pas oublier que notre tête demeure toujours à sa place soit en haut de notre corps. En résumé, quelles sont les caractéristiques de toutes les images formées dans un miroir plan? Nature : Sens : Taille : Position : Marc Voyer Physique : Optique : Chapitre 2 : La réflexion Page 4

6 1. Un objet de 4 cm de haut est situé à 15 cm d un miroir plan. Quelles sont les caractéristiques de l image? Où est-elle située? 2. Une élève se tient à 3 m devant un miroir plan. a) À quelle distance derrière le miroir se trouve son image virtuelle? b) Si elle se déplace de 1 m vers l avant, quelle distance la sépare de son image? 3. Un garçon assis dans un fauteuil d opticienne regarde un tableau situé à 1 m derrière sa tête en faisant face à un miroir éloigné de 2,5 m de lui. À quelle distance le tableau lui semble-t-il être placé? 4. Indique comment l œil perçoit les objets suivants : Marc Voyer Physique : Optique : Chapitre 2 : La réflexion Page 5

7 La réflexion de la lumière dans les miroirs sphériques Qui n a pas déjà visité une maison des miroirs, notre image est déformée par des miroirs courbes. Des déformations semblables se produisent lorsque l on regarde dans le creux d une cuillère brillante ou sur les surfaces chromées d une voiture. Les images semblent bizarres à cause de la forme courbée des surfaces réfléchissantes. Elles sont produites par des rayons lumineux obéissants à la loi de la réflexion. On peut considérer un miroir courbe comme un morceau d une sphère creuse. Si l intérieur de la sphère est poli de manière à réfléchir la lumière, le miroir qui en résulte présente une forme concave. L extérieur brillant du même morceau a une surface convexe. Un miroir convexe donne une vue élargie. Dans les commerces, on les utilise pour surveiller les gens et décourager le vol à l étalage. Ou encore, un miroir convexe est ajouter aux camions et aux autobus afin d avoir une plus grande vue de ce qui se passe autour du véhicule. Marc Voyer Physique : Optique : Chapitre 2 : La réflexion Page 6

8 1. Complète les rayons suivants : 2. Complète les rayons suivants : Marc Voyer Physique : Optique : Chapitre 2 : La réflexion Page 7

9 Pour le miroir convergent (concave) 1. Objet situé au-delà de C Nature : Sens : Taille : Position : Marc Voyer Physique : Optique : Chapitre 2 : La réflexion Page 8

10 2. Objet à C Nature : Sens : Taille : Position : Marc Voyer Physique : Optique : Chapitre 2 : La réflexion Page 9

11 3. Objet situé entre F et C Nature : Sens : Taille : Position : Marc Voyer Physique : Optique : Chapitre 2 : La réflexion Page 10

12 4. Objet situé à F Nature : Sens : Taille : Position : Marc Voyer Physique : Optique : Chapitre 2 : La réflexion Page 11

13 5. Objet situé entre F et S Nature : Sens : Taille : Position : Marc Voyer Physique : Optique : Chapitre 2 : La réflexion Page 12

14 Pour le miroir divergent (convexe) 1. Objet éloigné Nature : Sens : Taille : Position : Marc Voyer Physique : Optique : Chapitre 2 : La réflexion Page 13

15 2. Objet près Nature : Sens : Taille : Position : Marc Voyer Physique : Optique : Chapitre 2 : La réflexion Page 14

16 L équation des miroirs sphériques Il existe une relation mathématique entre la distance image-miroir, la distance objet-miroir et la distance focale. 1 d o 1 d i 1 f Convention de signe 1. On mesure toutes les distances à partir du sommet d un miroir courbe. 2. Les distances des images et des objets réels ont un signe positif. 3. Les distances des images et des objets virtuels ont un signe négatif. 4. La hauteur de l objet et la hauteur de l image ont un signe positif quand, à partir de l axe principal, on les mesure vers le haut, et un signe négatif quand on les mesure vers le bas. Selon ces règles, un miroir convergent a foyer principal réel et, par conséquent, une distance focale positive. Un miroir divergent a un foyer principal virtuel, donc une distance focale négative. Le grandissement est positif dans le cas d une image droite et négatif dans le cas d une image renversée. G h h i o d d o i Marc Voyer Physique : Optique : Chapitre 2 : La réflexion Page 15

17 En résumé : + - f Type de miroir Convergent Divergent d o Nature de l objet Objet réel Objet virtuel d i Nature de l image Image réelle Image virtuelle h o Sens de l objet Hauteur vers le haut Hauteur vers le bas h i Sens de l image Hauteur vers le haut Hauteur vers le bas G Interprétation Image V D Image R I Si G < 1 : Image + petite Si G > 1 : Image + grande A B C D E F A : R I +P B : R I E C : R I +G F : V D +P D : aucune E : V D +G Marc Voyer Physique : Optique : Chapitre 2 : La réflexion Page 16

18 1. Soit un objet situé à 30 cm d un miroir convergent dont le rayon de courbure est de 10 cm. a) À quelle distance du miroir l image se formera-t-elle? b) Si la hauteur de l objet est de 40 cm, quelle est la hauteur de l image? 2. On place un objet d une certaine hauteur à 15 cm d un miroir divergent dont la distance focale est de 5 cm. a) À quelle distance du miroir se trouve l image? b) Quel est le grandissement? Marc Voyer Physique : Optique : Chapitre 2 : La réflexion Page 17

19 3. Détermine la distance de l image dans chacun des cas suivants. a) La distance focale d un miroir convergent est de 15 cm. a. L objet est placé à 40 cm du miroir. b. L objet est placé à 10 cm du miroir. b) Un miroir divergent d une distance focale de 20 cm. a. L objet est placé à 10 cm du miroir. b. L objet est placé à 30 cm du miroir. Marc Voyer Physique : Optique : Chapitre 2 : La réflexion Page 18

20 4. Une chandelle de 3 cm de hauteur est placée à 50 cm d un miroir convergent dont la distance focale est 20 cm. a) Au moyen des formules du grandissement et du miroir, détermine la position de l image et sa hauteur b) Au moyen d un diagramme, détermine la position de l image et sa hauteur. Marc Voyer Physique : Optique : Chapitre 2 : La réflexion Page 19

21 5. Le miroir d un télescope est concave et a un rayon de courbure de 2,5 m. On s en sert pour regarder la Lune (par un soir de pleine lune). Sachant que la Lune a un diamètre de 3,48 x 10 6 m et qu elle est située à 3,84 x 10 8 m de la Terre, détermine le diamètre de l image formée par le télescope. 6. À une fête foraine, Carmelle et Roger se regardent dans un énorme miroir déformant concave dont la longueur focale est de 1,2 m. Carmelle se tient à 0,3 m du miroir et Roger est 0,5 m derrière elle. Quelle distance semble séparer l image de Roger de celle de Carmelle? Marc Voyer Physique : Optique : Chapitre 2 : La réflexion Page 20

22 7. Dans certaines conditions, un miroir a donné un grandissement de +0,781. a) Donne les caractéristiques de l image. b) S agissait-il d un miroir concave ou convexe? 8. Dans certaines conditions, un miroir a donné un grandissement de -1,5. a) Donne les caractéristiques de l image. b) S agissait-il d un miroir concave ou convexe? Marc Voyer Physique : Optique : Chapitre 2 : La réflexion Page 21

23 Le champ de vision Le champ de vision d un observateur se détermine à l aide des rayons qui atteignent l observateur. Dans un miroir plan Exemple 1 : O Quels sont les points qui sont dans le champ de vision de l observateur? 8 9 Exemple 2 : O 6 7 Quels sont les points qui sont dans le champ de vision de l observateur? 8 9 Pourquoi l observateur de l exemple 1 a un champ de vision plus grand que l observateur de l exemple 2? Marc Voyer Physique : Optique : Chapitre 2 : La réflexion Page 22

24 Dans un miroir courbe convexe Exemple 3 : O C 8 9 L observateur de l exemple 3 se trouve à la même distance du miroir que l observateur de l exemple 2. Cependant, son champ de vision est plus grand que l observateur de l exemple 1. Que pouvons-nous affirmer? Pouvons-nous déterminer le champ de vision d un miroir concave? Pourquoi? 1. Tracer le champ de vision des observateurs suivants : a) b) O O C Marc Voyer Physique : Optique : Chapitre 2 : La réflexion Page 23

25 2. Un observateur regarde successivement dans deux miroirs, M1 et M2, qui sont devant lui. Tracer correctement et complètement son champ de vision. M 1 3 M O Détermine quels sont les objets dont il voit l image dans le miroir M1. Détermine quels sont les objets dont il voit l image dans le miroir M2. Détermine quels sont les objets dont il voit l image dans son champ de vision. 3. Démontrer, à l aide du champ de vision, pourquoi un propriétaire de dépanneur utilise dans son commerce un miroir convexe à la place d un miroir plan pour surveiller les petits voleurs. Marc Voyer Physique : Optique : Chapitre 2 : La réflexion Page 24

26 Réponses La réflexion (pages 1-3) 1. i = 45 et r = r = i = La réflexion de la lumière dans les miroirs plans (page 5) 1. Virtuelle, Droite, Équivalente et derrière le miroir 2. a) 3 m b) 4 m 3. 6 m 4. - La réflexion de la lumière dans les miroirs sphériques (page 7) - L équation des miroirs sphériques (pages 17-21) 1. a) d i = 6 cm b) h i = - 8 cm 2. a) d i = - 3,75 cm b) G = 0,25 3. a) a. d i = 24 cm b. d i = - 30 cm b) a. d i = - 6,67 cm b. d i = - 12 cm 4. a) d i = 33,33 cm et h i = - 2 cm b) - 5. h i = - 1,13 cm 6. x = 2 m 7. a) Virtuelle, Droite, + petite b) convexe (divergent) 8. a) Réelle, Inversée, + grande b) concave (convergent) Le champ de vision (pages 23-24) - Marc Voyer Physique : Optique : Chapitre 2 : La réflexion Page 25

27 Notes personnelles Marc Voyer Physique : Optique : Chapitre 2 : La réflexion Page 26

28 Notes personnelles Marc Voyer Physique : Optique : Chapitre 2 : La réflexion Page 27

29 Notes personnelles Marc Voyer Physique : Optique : Chapitre 2 : La réflexion Page 28