I- La réfraction et la réflexion de la lumière.

1)- Propagation de la lumière.

-  La lumière se propage en ligne droite dans un milieu transparent homogène.

2)- Réfraction de la lumière.

a)-  Mise en évidence.

-  Stylo dans un verre d’eau :

-  Le stylo semble se briser lorsqu’il entre dans l’eau.

-  Il s’agit d’une illusion d’optique due au phénomène de réfraction.

-  Faisceau de lumière arrivant sur la surface plane d’un demi-disque de plexiglass :

-  Lorsqu’un rayon lumineux (Rayon a) arrive à la frontière séparant deux milieux de propagation distincts, il peut :

-  Changer de milieu de propagation (Rayon c) ;

-  Rester dans le même milieu de propagation (Rayon b).

-  Le rayon c met en évidence le phénomène de réfraction.

-  Le rayon b met en évidence le phénomène de réflexion.

3)- Le vocabulaire :

-  Schéma de la situation.

-  SI : rayon incident, IR rayon réfléchi et IT 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 (NI) au point d’incidence I.

-  Énoncé de la première loi de Descartes :

-  Le rayon réfracté est dans le plan d’incidence.

4)- Définitions :

-  La réfraction est le changement de direction de propagation, d’un rayon lumineux passant d’un milieu de propagation à un autre.

-  La réflexion est le changement de direction de propagation d’un rayon lumineux atteignant la surface séparant deux milieux de propagation et qui reste dans le même milieu.

5)- Lois de Snell-Descartes.

a)-  Lois pour la réfraction.

-  Énoncé de la première loi de Snell-Descartes :

-  Le rayon réfracté est dans le plan d’incidence.

-  Le plan qui contient : le rayon incident (SI), le rayon réfracté (IT) et la normale (NI) au point d’incidence I.

-  Énoncé de la deuxième loi de Snell-Descartes :

-  Les angles d’incidence i₁ et de réfraction i₂ vérifient la relation suivante :

-  Indice de réfraction du milieu 1 : n₁

-  Indice de réfraction du milieu 1 : n₁

-  Indice de réfraction du milieu 2 : n₂

-  Remarque : cette loi permet de déterminer l’indice de réfraction d’un milieu.

b)-  Indice de réfraction :

-  L’indice de réfraction d’un milieu est un nombre sans unité caractéristique du milieu.

-  Pour une radiation donnée, un milieu transparent homogène est caractérisé par un indice de réfraction n.

-  Relation :

-  Remarque : comme  c ≥ v alors n ≥ 1

c)-  Lois pour la réflexion.

-  Énoncé de la première loi de Snell-Descartes :

-  Le rayon réfléchi est dans le plan d’incidence.

-  Le plan qui contient : le rayon incident (SI), le rayon réfléchi (IR) et la normale (NI) au point d’incidence I.

-  Énoncé de la deuxième loi de Snell-Descartes :

-  Les angles d’incidence i₁ et de réflexion i_R vérifient la relation suivante :

II- Dispersion de la lumière blanche.

1)- Expérience : Dispersion de la lumière blanche par un prisme

-  La dispersion de la lumière blanche est la séparation des différentes radiations lors de la réfraction.

2)-  Le phénomène de dispersion.

-  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.

-  En conséquence, l’indice de réfraction  du prisme dépend de la longueur d’onde dans le vide de la radiation qui le traverse.

-  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 :

 -   Avec cabri géomètre : figure prisme.

III- Applications.

1)- L’arc en ciel.

-  Une photo d’un arc en ciel :

-  La formation de l’arc-en-ciel s’interprète par la dispersion de la lumière solaire dans les gouttes de pluies.

-  1 : le faisceau de lumière blanche issue du Soleil arrive à la surface d’une goutte d’eau en suspension dans l’air.

-  2 : lors  du changement de milieu transparent, passage air – eau, le faisceau de lumière se réfracte et ses différentes radiations se dispersent.

-  3 : les radiations se réfléchissent au fond de la goutte d’eau.

-  4 : en sortant de la goutte d’eau, les radiations subissent une nouvelle réfraction, lors du passage eau – air,

        Cette deuxième réfraction accentue l’étalement des couleurs.

-  Pour observer un arc-en-ciel, il faut avoir la pluie devant soi et le Soleil dans le dos.

Lien

2)- QCM :

La réfraction et la réflexion de la lumière.

La dispersion de la lumière blanche.

Sous forme de tableau

3)- Exercices :

 

Exercices. Énoncé avec correction DS 1)- Exercice 2 page 252 : Identifier le phénomène. 2)- Exercice 4 page 252 : Connaître le vocabulaire. 3)- Exercice 8 page 253 :  Calculer un angle d’incidence et de réfraction. 4)- Exercice 10 page 253 : Construire un rayon réfléchi. 5)- Exercice 11 page 253 : Construire un rayon incident. 6)- Exercice 12 page 253 :Calculer un indice de réfraction. 7)- Exercice 18 page 254 : Expérience de dispersion. 8)- Exercice 19 page 254 : Mesurer un indice de réfraction. 9)- Exercice 21 page 255 : Rechercher un indice de réfraction. 10)- Exercice 23 page 255 : Taux de sucre d’un jus de raisin. 11)- Exercice 32 page 258 : DS