Phys. N° 03 |
Dispersion de la lumière par un prisme. Cours. |
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I- Dispersion de la lumière blanche par un prisme. 2)- Expérience avec la lumière émise par un Laser. |
QCM : |
Exercices 2005-2006 |
Physique et Chimie seconde Collection DURANDEAU HaCHETTE |
Exercice 4 page 54 |
Exercice 12 page 55 |
Exercice 13 page 55 |
Exercice 18 page 56 |
Exercice 22 page 57 |
Physique et Chimie seconde Collection Microméga Hatier Ancienne édition |
I - Exercice 3 page 208. II - Exercice 7 page 208. III - Exercice 8 page 208. IV - Exercice 16 page 208. V - Exercice 17 page 208. VI - Exercice 18 page 208. VII - Exercice 26 page 210. |
Pour aller plus loin :
Logiciel pour l'étude de la lumière et des spectres |
Gratuit |
Mots clés : La lumière blanche ; le prisme ; décomposition de la lumière blanche ; Newton ; le disque de Newton ; réfraction de la lumière ; lois de la réfraction ; Descartes ; Snell ; lumières polychromatiques ; longueurs d'onde d'une radiation ; Arc en Ciel ; ... |
I-
Dispersion de la lumière blanche par un
prisme.
1)- Expérience de Newton (1642 – 1727).
-
On éclaire une fente avec une lumière
blanche et on envoie le faisceau obtenu sur la face d’un prisme.
-
Observations :
-
La lumière est déviée par le prisme. -
De plus le faisceau qui émerge du prisme est étalé et présente les différentes
couleurs de l’arc-en-ciel -
(rouge, orange, jaune, vert, bleu, indigo, violet). -
La lumière rouge est moins déviée que la lumière violette. -
Conclusion : -
Le prisme dévie et décompose la lumière blanche en lumières colorées
du rouge au violet. -
C'est un phénomène de dispersion. -
L'ensemble des couleurs obtenues constitue le spectre de la lumière blanche. -
Le spectre est continu du rouge au violet. -
La lumière blanche est constituée de plusieurs couleurs ou radiations :
c’est une lumière polychromatique. -
Arc en Ciel : Expérience :
2)- Expérience avec la lumière émise par un Laser.
-
On éclaire une fente avec un faisceau laser et on envoie le faisceau obtenu
sur la face d’un prisme.
-
Observation :
-
Le faisceau laser est dévié et le spectre ne comporte
qu’une seule couleur, la couleur rouge initiale. -
Conclusion :
-
La lumière produite par un laser est constituée d’une
seule radiation, elle est monochromatique.Expérience :
3)- Radiation et longueur d’onde.
-
Une lumière monochromatique ne peut pas être décomposée par un prisme.
-
C’est une radiation lumineuse qui est caractérisée par sa longueur d’onde
λ
dans le vide ou l’air. -
Son unité légale est le mètre (m). -
-
- Remarque :
- Une lumière complexe est un mélange de plusieurs radiations.
- Elle n’est pas caractérisée par une longueur d’onde.
- On lui associe une plage de longueurs d’onde.
4)-
Domaine du visible.
-
L’œil humain n’est sensible qu’aux radiations dont les longueurs d’onde
sont comprises entre 400 nm et 800 nm. -
La lumière blanche est un mélange de toutes les radiations visibles.
- Rayonnements émis par les corps célectes.
II- Réfraction de la lumière (En relation avec
le TP physique N° 04).
-
Observations : Expérience :
laser + cuve à eau.
- On constate que le faisceau lumineux change brusquement de direction quand il franchit la surface de séparation air – eau.
Définition du phénomène de réfraction : - On appelle réfraction de la lumière le changement de direction que la lumière subit à la traversée de la surface de séparation entre deux milieux transparents. |
3)- Première loi de Descartes.
- Vocabulaire :
- SI : rayon incident et IR rayon réfracté.- I : le point d’incidence. - NI : normale à la surface de séparation. - Le plan d’incidence : - On appelle plan d’incidence, le plan qui contient : - Le rayon incident (SI) et la normale ( IR) au point d’incidence I. - Énoncé de la première loi de Descartes : - Le rayon réfracté est dans le plan d’incidence. |
- Le rayon réfracté est dans le plan d’incidence. |
4)- Deuxième loi de Descartes.
-
L’angle de réfraction
i2
est généralement différent de l’angle d’incidence i1.
-
Lorsque l’on trace
sin
i1=
f (sin i2),
la courbe obtenue est une droite qui passe par l’origine. -
En conséquence : sin
i1=
k . sin i2 |
- Ceci constitue la deuxième loi de Descartes.
- Pour une radiation donnée, un milieu transparent homogène est caractérisé par un indice de réfraction n.
n = |
c |
|
|
v |
n
est un nombre qui n’a pas d’unité et n ≥
1 n indice de réfraction c vitesse de la lumière dans le
vide (m / s) -
Remarque : comme c
≥
v alors
n ≥
1. -
Retour sur la relation précédente : sin
i1=
k . sin i2 -
Question :
que représente
la grandeur k ? -
Le rayon lumineux passe du milieu 1 d’indice
n1
au milieu 2 d’indice n2. -
Le coefficient k
représente le quotient de l’indice de réfraction du milieu 2 et de l’indice
de réfraction du milieu 1.
v
vitesse de la lumière dans le milieu considéré (m / s)
- On écrit : |
k = |
n 1 |
|
|
|||
n 2 |
- La deuxième loi de Descartes s’écrit : n1. sin i1= n2 . sin i2 (1). |
III-
Pourquoi le prisme décompose-t-il la lumière blanche ?
- Schéma.
- Lorsqu’une lumière arrive sur un prisme, elle subit deux réfractions : une sur la face d’entrée et une sur la face de sortie.
- Deuxième loi de la réfraction : n1. sin i1= n2 . sin i2 (1).
- Le trajet d’une radiation dépend de l’indice du prisme car l’angle d’incidence est le même pour les différentes radiations qui constituent la lumière blanche.
- Le trajet d’une lumière dans le prisme dépend de sa couleur.
- Or ce trajet dépend de l’indice du prisme.
- L'indice du prisme dépend de la fréquence ou de la longueur d’onde dans le vide de la radiation.
- L’indice de réfraction d’un milieu transparent dépend de la longueur d’onde (dans le vide) de la radiation qui s’y propage.
- Exemple :
Pour le verre ordinaire : |
n rouge = 1,510 |
n bleu = 1,520 |
Pour l’eau : |
n rouge = 1,330 |
n bleu = 1,336 |
- Avec cabri géomètre : figure prisme.
QCM : |
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