Top 27 Tp Réfraction Seconde Corrigé All Answers

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Comment expliquer le phénomène de réfraction ?

Cette déviation s’explique par le changement de vitesse de la lumière, car la vitesse de la lumière varie d’un milieu transparent à un autre. On dit que ces milieux transparents ont des indices de réfraction différents.

Comment calculer une réfraction ?

L’indice de réfraction d’un milieu est égal au rapport de la vitesse de propagation de la lumière dans le vide par celle dans ce milieu.

Quelles sont les lois de la réfraction ?

La loi de la réfraction nécessite deux éléments: le rayon réfracté est dans le même plan que le rayon incident et la normale. De plus, la relation liant les indices de réfraction des deux milieux et les angles d’incidence et de réfraction suit la loi de Snell-Descartes.

Quelle est la deuxième loi de la réfraction ?

La deuxième loi de Snell-Descartes : loi de la réflexion

Lorsque la lumière atteint la surface d’un dioptre, une partie de la lumière est réfractée (donc déviée dans le nouveau milieu) alors que l’autre partie est renvoyée dans le milieu d’origine : ces rayons subissent une réflexion.

Comment Appelle-t-on un milieu qui cause la réfraction de la lumière ?

Rayon incident : il s’agit du rayon de lumière se propageant dans le premier milieu Rayon réfracté : il s’agit du rayon de lumière se propageant dans le deuxième milieu et qui a donc subit une réfraction Normale : c’est la droite perpendiculaire à la surface de séparation des deux milieux.

Où se manifeste la réfraction ?

La réfraction est le processus au cours duquel les rayons lumineux sont « déviés » à travers l’œil (la cornée et le cristallin) selon un certain angle. Ces rayons lumineux sont ensuite projetés sur la rétine, de façon à ce que le cerveau puisse ensuite, pour la vision de loin, les convertir en une image nette.

Comment calculer l’indice de réfraction seconde ?

En utilisant la seconde loi de Snell-Descartes

Selon cette loi, la réfraction d’un rayon lumineux est décrit par la relation n1. sin(i₁) = n2. sin(i₂).

Comment calculer un angle de réfraction seconde ?

Utiliser la fonction inverse du sinus pour exprimer l’angle de réfraction. On utilise la fonction inverse du sinus (arcsin ou sin^–1) pour exprimer l’angle de réfraction à partir de son sinus.

Comment calculer n1 et n2 ?

Quelles sont les 3 lois de Snell-descartes ?

Les lois de Snell–Descartes décrivent le comportement de la lumière à l’interface de deux milieux. Ces lois sont au nombre de quatre, deux pour la réflexion et deux pour la réfraction. Avec la propagation rectiligne de la lumière dans les milieux homogènes et isotropes, ces lois sont à la base de l’optique géométrique.

Comment calculer les angles d’incidence et de réfraction ?

Quelle est la deuxième loi de Descartes ?

La seconde loi de Snell-Descartes sur la réfraction permet de calculer l’indice de réfraction d’un milieu à partir des valeurs des angles d’incidence et de réfraction et de l’indice de l’autre milieu.

Comment calculer le sin I et sin r ?

Comment vérifier la loi de Snell-Descartes ?

Pour pouvoir énoncer la loi de la réfraction, il faut que le rayon réfracté, le rayon incident et la normale (au dioptre) soient dans un même plan qui est appelé le plan d’incidence et que le rayon incident et le rayon réfracté soient situés de part et d’autre de la normale.

Comment calculer le sin r ?

merci beucoup Predigny donc sin r= sin i/ n.

Quelle relation illustre le phénomène de réfraction ?

Lorsque la lumière traverse une surface de séparation de deux milieux transparents, il y a réfraction. La réfraction est régie par les lois de Snell-Descartes : les rayons incident et réfracté appartiennent au même plan, appelé plan d’incidence ; n₁ × sin i₁ = n₂ × sin i₂.

Qu’est-ce que la réfraction de l’œil ?

La réfraction de l’œil est la modification de direction subie par un rayon lumineux lorsqu’il arrive à l’interface de deux milieux optiques différents.

Qui a découvert la réfraction ?

La découverte des lois de la réfraction est attribuée à Ibn Sahl (c. 940-1000) en 983.

C’est quoi la réflexion de la lumière ?

Quand un rayon de lumière rencontre un objet, il rebondit sur l’objet, comme une balle sur un mur. On dit que le rayon lumineux est réfléchi. Si la réflexion se fait sur une surface plane, on peut prévoir la trajectoire de la lumière après rebond.

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Application et vérification de la deuxième loi de Snell-Descartes.

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tp réfraction seconde corrigé

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Sommaire

Rappeler la formule liant l’indice de réfraction d’un milieu à la vitesse de propagation de la lumière

Rappeler la vitesse de la lumière dans le vide

Donner la vitesse de propagation de la lumière dans le milieu considéré et éventuellement la convertir

Effectuer l’application numérique

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Alloprof aide aux devoirs | Alloprof

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P 1 2 1 TP3P Réfraction de la lumière corrigé

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Les lois de la réfraction

L’indice du milieu

Dans un matériau transparent (c’est-à-dire sans absorption, comme l’air ou l’eau par exemple), la vitesse v de propagation de l’onde est toujours inférieure à la vitesse de propagation de l’onde dans le vide c.

On peut caractériser un matériau par le rapport c/v, qui donne l’indice n.

[n=frac{c}{v}]

L’indice n d’un matériau est un nombre sans dimension, toujours supérieur à 1. Cela s’explique par la relation suivante :

[c>vRightarrow frac{c}{v}>1]

Voici les indices des milieux les plus courants :

Milieu Indice n du milieu % vitesse de propagation par rapport à c Vide 1.00000 100% Air 1.00029 99.97% Eau 1.33 75% Verre 1.5 à 1.7 59% à 67% Diamant 2.42 41%

Un dioptre est l’ensemble constitué par deux milieux transparents d’indice différent, ainsi que leur interface. C’est cette interface qui détermine la géométrie du dioptre.

On dit d’un milieu transparent qu’il est plus réfringent qu’un autre milieu transparent lorsque son indice de réfraction est plus élevé que celui de l’autre milieu. La réfringence est la capacité d’un milieu à réfracter la lumière. L’indice de réfraction est une mesure de la réfringence d’un milieu pour une lumière de fréquence donnée.

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Généralités sur les lois de Snell-Descartes

Les lois de Snell-Descartes découlent du principe de Fermat, qui postule que la lumière qui se propage en ligne droite dans un milieu homogène prend le chemin le plus rapide pour aller d’un point à un autre. Ce chemin ne dépend pas du sens du parcours.

La première loi de Snell-Descartes : loi du plan d’incidence

Cette loi indique dans quel plan se trouve le rayon lumineux réfracté : le rayon réfracté appartient au même plan que la normale et le rayon incident.

La deuxième loi de Snell-Descartes : loi de la réflexion

Notion de réflexion

Lorsque la lumière atteint la surface d’un dioptre, une partie de la lumière est réfractée (donc déviée dans le nouveau milieu) alors que l’autre partie est renvoyée dans le milieu d’origine : ces rayons subissent une réflexion.

La loi de la réflexion

Les rayons incident et réfléchi font un angle égal et opposé avec la normale à la surface du dioptre :

[i=i’]

Réflexion totale

Si le milieu 2 est moins réfringent que le milieu 1, c’est-à-dire n1>n2, il existe un angle critique (i lim ). La limite sin i = n 2 /n 1 définit un angle limite i lim = arcsin (n 2 /n 1 ), au-delà duquel il n’y a plus de rayon réfracté. Toute la lumière est alors réfléchie dans le premier milieu. Il y a réflexion totale pour i > i lim .

Applications

Cette propriété peut être utilisée pour transmettre sans perte, ou presque, une onde électromagnétique dans une fibre.

Le principe de la réflexion totale permet par exemple de guider la lumière dans un conduit d’indice supérieur à celui du milieu environnant.

Ici, la réflexion totale permet la propagation de la lumière par réflexions totales successives à l’interface conduit-milieu extérieur.

La fibre optique peut être utilisée dans de nombreux domaines différents comme les télécommunications ou le réseau informatique, mais également dans la médecine (afin d’éclairer des zones difficilement accessibles.

La 3e loi de Snell-Descartes : loi de la réfraction

Notion de réfraction

Lorsque la lumière passe d’un milieu d’indice n 1 à un milieu d’indice n 2 par un dioptre, une partie de la lumière continue de se propager dans le milieu d’indice n 2 en subissant une déviation : c’est ce que l’on appelle une réfraction.

Loi de la réfraction

Les rayons incidents issus d’un milieu d’indice n 1 et réfracté dans un milieu d’indice n 2 forment des angles, respectivement i et r, avec la normale à la surface. Ces angles sont liés par la relation :

[n1timessin(i)=n2timessin(r)]

Prévoir le sens de déviation d’un rayon réfracté

La loi implique également la relation suivante entre les angles d’incidente i et de réfraction r :

[sin (r) =frac{n_{1}}{n_{2}}times sin (i)]

Si le premier milieu est plus réfringent que le deuxième, c’est à dire si n1>n2 cela signifie que le rapport des indices est supérieur à 1 et donc r > i : le rayon réfracté s’éloigne de la normale.

Si le deuxième milieu est plus réfringent que le premier, c’est à dire si n2>n1 cela signifie que le rapport des indices est inférieur à 1 et donc r < i : le rayon réfracté se rapproche de la normale Lorsque la valeur de sin (r) est connue il suffit d'utiliser, sur une calculatrice, la fonction inverse du sinus (souvent notée sin-1). Selon les paramètres utilisés la calculatrice indique l'angle de réfraction en degré ou en radian. Applications de la réfraction Le prisme et le principe de l’arc en ciel Un prisme est un solide possédant des faces triangulaires, composé d’un milieu transparent limité par deux dioptres non parallèles entre eux. Ces propriétés de dispersion et de déviation de la lumière permettent de décomposer la lumière blanche. En effet, en projetant de la lumière blanche à travers un prisme, il est possible d’observer toutes les radiations du visible. Cela est dû à la relation entre l’indice de réfraction du milieu et la longueur d’onde de la radiation lumineuse : plus la longueur d’onde est grande, plus n sera faible. Or plus n est faible, moins le rayon est dévié : cela explique que les rayons rouge sont moins déviés que les rayons bleus. La dispersion des rayons est donc due à la variation de l’indice de réfraction en fonction de la longueur d’onde. Les arcs-en-ciel se forment d’une façon similaire. Lorsque que le Soleil traverse des gouttelettes de pluie, les rayons du Soleil font se réfracter et disperser les différentes radiations qui les composent. Ces radiations vont se réfléchir sur le fond de la goutte d’eau, puis subir une seconde réfraction en sortant de la goutte d’eau, ce qui aura pour effet d’accentuer les couleurs. Les mirages Les mirages sont des illusions d’optique dues à la déviation des rayons lumineux par des superpositions de couches d’air de températures différentes. En effet, l’indice de réfraction de l’air augmente lorsque la température diminue. Cela peut provoquer une courbure des rayons lumineux. Ainsi, si l’air situé à proximité du sol est plus chaud que celui situé en altitude, les rayons lumineux venant du ciel vont se courber vers le haut : c’est ce que l’on appelle un mirage chaud, qui peut donner l’illusion d’apercevoir de l’eau. Au contraire, si l’air situé à proximité du sol est plus froid, les rayons venant du sol vont se courber vers le bas, donnant ainsi un mirage froid. Pour plus d'informations, voir aussi :

P 1 2 1 TP3P Réfraction de la lumière corrigé

LA REFRACTION DE LA LUMIERE

1.Objectifs :

Etablir les lois de Descartes relatives à la réfraction

Réaliser un graphique permettant de modéliser une loi

Introduction de la notion d’indice de réfraction

2.Matériel :

un générateur 6-12V avec des fils électriques

une lanterne et des caches aimantés

un demi cylindre en plexiglas

un plateau

un disque rapporteur photocopié

3.Vocabulaire de base :

Sur votre compte rendu, vous collerez le schéma fourni, vous lui donnerez un titre et vous le compléterez avec les mots appropriés se trouvant dans la liste fournie ci-dessous : (Il y a des intrus)

Voici la liste des mots à placer sur le schéma, les intrus sont barrés.

Rayon incident – Miroir – Transparent – Angle d’incidence – Normale – Rayon réfléchi – Angle de réfraction – Angle de réflexion – Surface de séparation – Dioptre – Lentille – Milieu n°1 – Air – Milieu n° 2 – Plexiglas – Rayon réfracté

Titre du schéma : plusieurs sont possibles mais il en faut un.

– Etude du passage de la lumière à travers la surface de séparation entre deux milieux (doc 5 p 203)

– Etude de la réfraction de la lumière,….

4.Protocole :

Réalisez le dispositif expérimental suivant.Vous prendrez garde à ne conserver qu’un faisceau lumineux très fin. Ce faisceau doit arriver au centre du demi-cylindre de plexiglas.

Montage

1/ Où lisez vous l’angle d’incidence? L’angle d’incidence se lit dans l’air entre la normale et le rayon incident.

2/ Où lisez vous l’angle de réfraction? L’angle réfracté se lit entre la normale et le rayon réfracté. Il se lit dans le demi cylindre ou à la sortie du rayon réfracté dans l’air. En effet tout rayon passant par le centre du demi-cylindre sort perpendiculaire à la surface de forme arrondi et n’est donc pas dévié (cf le cas d’un angle d’incidence nul)

5. Mesures :

Pour chaque valeur d’angle d’incidence demandé, vous mesurerez l’angle réfracté à 0,5° près et compléterez le tableau suivant. Vous recopierez le tableau obtenu sur votre compte-rendu.

Angle d’incidence en degré 5 10 15 20 25 30 40 50 60 70 Angle de réfraction en degré 3.5

6.5

10

13

16.5

19.5

25.5

30.5

35

39

6.Exploitation et questions :

1/ Le rayon lumineux entre dans le demi-cylindre au point I. Passe-t-il de l’air au plexiglas, ou du plexiglas à l’air? Le rayon lumineux incident est dans l’air puis passe dans le plexiglas au point I.

2/ Que vaut l’angle de réfraction quand l’angle d’incidence est nul? L’angle de réfraction est nul lorsque l’angle d’incidence est nul. Ce rayon n’est donc pas dévié.

3/ Lorsque l’angle d’incidence est important, le rayon incident se sépare en deux parties : le rayon réfracté et un autre rayon. A quoi peut bien correspondre cet autre rayon? L’autre rayon que l’on peut observer se trouve dans l’air et est le symétrique du rayon incident par rapport à la normale. Il s’agit du rayon réfléchi.

4/ Sur papier millimétré, placer dans un système d’axes (i en abscisse, r en ordonnée) les points correspondants à chaque couple de mesure.

5/ La modélisation par une droite de cet ensemble de point vous paraît-elle satisfaisante ? Argumentez. Lorsque l’on trace la courbe, il est possible de modéliser celle-ci par une droite pour des angles d’incidence petits. Cependant, plus on s’éloigne de la Normale et moins cette modélisation est satisfaisante, en effet les points relevés ne suivent plus la même loi de proportionnalité observée au début. Il est impossible de modéliser cette courbe par une droite unique.

6/ J. Kepler (1571-1630) jugea devant une série de mesures telle que la vôtre que la loi r = k*i pouvait assez bien convenir pour des petits angles. Déterminez dans quel intervalle de i cette loi te semble valable. Cette loi est valable pour un angle d’incidence compris entre 0° et 30°

7/ Descartes (1596-1650) formula une relation de proportionnalité entre les grandeurs sin(i) et sin(r) valable pour tous les angles d’une série de mesures. Faites un tableau reprenant sin i et sin r. Tracez la courbe sin(r) en fonction de sin(i). la modélisation par une droite de cet ensemble vous paraît-elle satisfaisante ?

i (°) 0 5 10 15 20 25 30 40 50 60 70 sin (i) 0 0.09 0.17 0.26 0.34 0.42 0.5 0.64 0.77 0.87 0.94 r(°) 0 3.5 6.5 10 13.5 16.5 19.5 25.5 30.5 35.5 39 sin (r) 0 0.06 0.11 0.17 0.23 0.28 0.33 0.43 0.51 0.58 0.63

Cette fois-ci, il est tout à fait possible de modéliser cette courbe par une droite moyenne.

7.Conclusion :

1/ Quelle est la relation entre i et r, traduisant pour tous les couples d’angles, le meilleur accord avec l’expérience ? sin (i) est proportionnel à sin (r ) donc on peut écrire :

sin(i) = k * sin(r) avec k coefficient de proportionnalité.

2/ Déterminez la pente (coefficient de proportionnalité) de la droite obtenue.

Il faut choisir deux points appartenant à la droite moyenne. Le coefficient de proportionnalité est obtenu par la formule : k = (y 2 -y 1 )/(x 2 -x 1 ).

Soient le point M 1 (x 1 ;y 1 )= (0;0) et le point M 2 (x 2 ;y 2 ) = (0.77;0.51), alors k = (0.77-0)/(0.51-0) = 1.5

3/ Comparer la valeur de la pente de la droite avec le rapport des indices de réfraction (indices entraînant des phénomènes optiques) des deux milieux considérés. (Données : indice de réfraction n 1 de l’air = 1 ; indice de réfraction n 2 du plexiglas = 1,5) Cette valeur 1.5 correspond à l’indice de réfraction du plexiglas ou au rapport (quotient) de l’indice de réfraction du plexiglas par l’indice de réfraction de l’air.

4/ En déduire la relation entre sin(i), sin(r) et n = n 2 /n 1 . Cette relation constitue la deuxième loi de Descartes. Soit n le coefficient de proportionnalité entre sin(i) et sin(r), on peut écrire n=k donc

sin (i) = n sin(r) or n = n 2 /n 1 donc sin (i) = (n 2 /n 1 ) sin(r) d’où la deuxième loi de Descartes :

n 1 sin(i) = n 2 sin(r)

Lorsque l’on passe d’un milieu moins réfringeant (indice de réfraction plus petit) à un milieu plus réfringeant (indice de réfraction plus grand), le rayon réfracté se rapproche de la normale.

NB: Existe t’il un angle limite de réfraction ?

On a vu que pour un angle d’incidence nul, l’angle de réfraction est nul. Que se passe t il si l’angle d’incidence est perpendiculaire à la normale?

sin (i) < 1 par définition donc i < 90° donc n 1 sin(i) <1 donc n 2 sin (r) < 1 soit sin (r) < 1/n 2 donc sin(r) < 0.66 donc r < 41.8°. Il est impossible d'obtenir un angle réfracté supérieur à 41.8° 8.Pour les plus rapides : 1/ Reprenez le dispositif précédent en faisant maintenant entrer la lumière par la face cylindrique du demi cylindre. Effectuez une série de 6 mesures que vous traiterez de la même manière. Cette fois-ci, on colle la source lumineuse contre la partie arrondie du demi-cylindre de manière à ce que le rayon arrive au point I , point d'incidence et centre du demi-cercle. On crée ainsi un rayon incident à travers le plexiglas. Ce rayon passe dans l'air au point I . Le rayon réfracté se trouve dans l'air. i (°) 0 10 20 30 40 50 60 r (°) 0 15.1 30.9 48.6 74.6 Impossible Impossible sin (i) 0 0.17 0.34 0.5 0.64 0.77 0.87 sin (r) 0 0.26 0.51 0.75 0.96 Impossible Impossible A partir d'un certain angle il n'y a plus de réfraction. On atteint la limite de réfraction quand r vaut 90°. Il est possible de calculer pour quel angle d'incidence cette valeur sera atteinte. Pour r = 90° , j'applique la deuxième loi de Descartes avec cette fois-ci : n 1 indice de réfraction du milieu 1 le plexiglas (1.5) et n 2 indice de réfraction du milieu 2 l'air (1) n 1 sin(i) = n 2 sin(r) donc sin(i) = (n 2 /n 1 ) sin(r) = 1/1.5 * 1 = 0.66 soit i = 41.8° Au dela le rayon incident n'est plus réfracté (sin(r)>1 est impossible). On est dans le cas de la réflexion totale. Ce phénomène n’est possible que si l’on passe d’un milieu plus réfringeant à un milieu moins réfringeant.

2/ Imaginez une expérience permettant de déterminer l’indice de réfraction d’un milieu transparent quelconque. Réalisez-la avec comme deuxième milieu transparent l’eau dont l’indice de réfraction vaut n 2 = 1,33.

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