Réflexion et réfraction des rayons lumineux

 

objectif : Etudier comment se propage la lumière quand elle change de milieu.

 

1 Mise en évidence des phénomènes de réflexion et de réfraction :

On s'intéresse à la propagation d'un rayon lumineux produit par un LASER et qui arrive à  la surface de l’eau (S). Ce rayon est appelé rayon incident.

 

Observer l’expérience réalisée au bureau et compléter le  schéma ci-dessous en faisant figurer:

- le dioptre : surface de séparation entre l’air et l’eau

- le  point d'incidence I : point d'intersection entre le rayon incident et cette surface (S)

- la normale (N) au dioptre : droite perpendiculaire au dioptre et passant par I

- l’angle d'incidence i : angle entre le rayon incident et la normale.

- le rayon réfléchi : rayon renvoyé par le dioptre, dans le même milieu que le rayon incident

- le rayon réfracté : rayon qui se propage de l’autre côté du dioptre, dans le deuxième milieu.

On appelle  plan d'incidence le plan défini par le rayon incident et la normale.

 

conclusion : On appelle réfraction de la lumière, .........................................................................................

 

 

2 Etude expérimentale des lois de la refraction

2.1  Dispositif d'étude

On dispose :  

-           d’un disque gradué indiquant les angles en degrés

-          d’un demi cylindre de plexiglas (matériau transparent)

-          d’une lanterne munie d’une fente, produisant un faisceau fin de lumière

 

Placer le demi-disque de plexiglas sur le disque gradué de façon à ce que son diamètre se superpose avec l'axe 90°-90° du disque.

 

Que représente l'axe 0°-0° du disque ?

........................................................................................

Que vaut l’angle incident sur le schéma ci-contre ?

........................................................................................

 

2.2 Première loi de Descartes

 

Allumer la lanterne et faire tourner lentement le disque vers la droite jusqu'à ce que le l'angle d'incidence atteigne 50°

 

Sur le schéma du dispositif, faire figurer :

- le point d’incidence I

- la droite normale (N)

- l'angle d'incidence i,

- le rayon réfléchi et l'angle de réflexion i' entre la normale et le rayon réfléchi

- le rayon réfracté et l’angle réfracté r entre la normale et le rayon réfracté

 

 

Vérifier que les rayons incident, réfléchi , réfracté et la normale (N) sont toujours dans un même plan. De que plan s'agit-il ?

........................................................................................

 

 

 

1ère  loi de Descartes: Les rayons incidents, réfléchis et réfractés se situent dans le ........................................

 

 

Que remarque-t-on concernant l’angle de réflexion ?

........................................................................................

 

 

2.3 Deuxième loi de Descartes pour la réfraction

 

Mesurer, pour différentes valeurs de l'angle d'incidence, les valeurs de l'angle réfracté. Compléter le tableau suivant (attention à toujours travailler avec le même nombre de chiffres significatifs):

 

i (en °)

0

10

20

40

60

r (en °)

 

 

 

 

 

sin i

0

 

 

 

 

sinr

 

 

 

 

 

sin i

sin r

non défini

 

 

 

 

 

Que peut-on dire du rapport (sini / sin r) ?

....................................................................................................................................................................

 

 

Chaque milieu de propagation de la lumière est caractérisé par son indice de réfraction

On donne pour indice de réfraction de l'air et du plexiglas :nair = 1,0 ; nplexiglas = 1,5. Calculer le rapport :

 

                                   n(milieu de réfraction)                     n........................

                                   ________________   =_____________________   = ____________ =........................

                                   n(milieu incident)                           n..........................

 

Compléter la 2ème loi de Descartes sur la réfraction en utilisant le vocabulaire adéquat :

 

 

Deuxième loi de Descartes sur la réfraction :

Soient n1 l'indice de réfraction du milieu d'incidence et n2 l'indice de réfraction du milieu de réfraction, alors les angles ................................................... et ..................................................... sont liés par la relation :

 

                                                           ........................................ = .....................................