COURS DE SCIENCES PHYSIQUES Classe de 2nd GT

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1 NOM et Prénom de l élève : COURS DE SCIENCES PHYSIQUES Classe de 2nd GT ① RÉFLEXION ET RÉFRACTION D UNE ONDE ② LA RÉFLEXION TOTALE OBJECTIFS DES ACTIVITÉS Faire la différence entre la réflexion et la réfraction d une onde. Utiliser la loi de Snell Descartes. Comprendre le phénomène de réflexion totale et savoir calculer l angle limite. 1

2 Activité ① 1- La réflexion d une onde La réflexion est un brusque changement de direction à la rencontre d un obstacle. Après réflexion l onde reste dans son milieu de propagation. L angle d incidence (i) est le même que l angle réflexion (r). La Normale c est la droite perpendiculaire au miroir 2- Mise en évidence du phénomène de réfraction ① Expérience de la paille brisée Une paille est plongée dans un verre d eau. On observe qu elle paraît brisée. ② 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. VERRE Rayon incident AIR Rayon réfracté Surface de séparation des deux milieux 2

3 3- 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 (N) est une droite perpendiculaire à la surface de séparation des deux milieux. L angle d incidence L angle de réfraction est l angle entre le rayon incident et la Normale. est l angle entre le rayon réfracté et la Normale. Le plan qui contient le rayon incident et la normale au dioptre est appelé plan d incidence. 4- Loi de Snell Descartes 1 ère loi : Le rayon réfracté appartient au plan d incidence. 2 ème loi : Lorsque le rayon lumineux est réfracté, l angle d incidence et l angle de réfraction sont liés par la relation : est une constante caractéristique du milieu ( ) appelé son indice de réfraction par rapport a l air. L indice d un milieu est une grandeur sans unité. Voici quelques exemples : Milieu Indice (n) Milieu Indice (n) Air 1 Verre, plexiglas 1,50 Eau 1,33 Diamant 2,42 3

4 L indice de réfraction : Il est égale au quotient de la vitesse de la lumière dans le vide (ou l air) sur la vitesse de la lumière dans le milieu que la lumière traverse. est toujours supérieur à 1. Célérité de la lumière : ; La vitesse ( ) en. 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. 5- Application de la loi de Snell - Descartes Exercice n 1 : 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 Exercice n 2 : Un rayon lumineux arrive sous une incidence de :. Calculer l angle de réfraction :. On donne les indices de réfraction : et Exercice n 3 : Un rayon lumineux est réfracté lorsqu il traverse un morceau de plexiglas. 1 Représenter la Normale sur le schéma. 2 Déterminer la valeur des angles d incidence et de réfraction. 3 Calculer l indice de réfraction du plexiglas. 5

6 Activité ② 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 ① plus réfringent à un milieu ② moins réfringent, (n1 > n2), alors la lumière subit un phénomène de réflexion limite à partir d un angle limite. Cette valeur particulière de 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. 6

7 3- 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 = 1,0. 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. 7