TP étude expérimentale du phénomène de réfraction d’une lumière monochromatique

I.                 Objectif :

- montrer que le passage de la lumière de l’air (milieu 1) à un autre milieu transparent (milieu 2) provoque un changement de direction de propagation.
- retrouver la relation existant entre l'angle d'incidence et l'angle de réfraction.

Cette étude se fait en lumière monochromatique rouge.

II.             Dispositif:

 Réglages:
Enlever la partie en plexiglas.
Fixer la source et placer la fente de façon à observer sur le disque un rayon lumineux le traversant par la diagonale repérée par le zéro. Remettre le plexiglas.

Observations préliminaires :
Dans quelles conditions la lumière ne change-t-elle pas de direction en changeant de milieu de propagation ? (on ne  s’intéresse qu’à la lumière qui traverse le bloc de plexiglas sans tenir compte de la lumière qui se propage au dessus).

III.         Étude de la réfraction air-plexiglas :

On repèrera les rayons lumineux par rapport à l’axe perpendiculaire à la surface de séparation des 2 milieux (la normale). On notera i1 l'angle d'incidence et i2 l'angle de réfraction (entre le rayon réfracté et la normale).
Schématiser une situation, et faire apparaître les angles i1 et i2
Sur le schéma ci-dessous, colorer en gris l’hémicylindre en plexiglas. Repasser en rouge le rayon lumineux et en vert la normale à la surface de séparation des milieux air-plexiglas.
Pour différentes valeurs de i1, mesurer i2 et compléter le tableau ci-dessous. Entrer les valeurs dans un tableur.

i1 (degrés)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

  

i2 (degrés)

                    

A l’aide du tableur, représenter i2 = f(i1)
Y a-t-il proportionnalité entre les valeurs de i2 et de i1 ? Justifier.
A l’aide du tableur, calculer :

sin(i1)

                  

sin(i2)

                  

Représenter graphiquement sin i1 en fonction de sin i2.
Imprimer et tracer à la main la « droite moyenne »

D’après ce graphique, y a-t-il proportionnalité entre sin i1 et sin i2 ?
Déterminer le coefficient directeur de la droite.
Comment écrire alors la relation entre sin i1 et sin i2 ?

IV.            Loi de Descartes :

La loi que nous venons de mettre en évidence a été énoncée par  Descartes sous la forme :

n1 est une valeur caractéristique du milieu n°1, appelée indice de réfraction du milieu n°1 (pour l’air n1 = 1,00)

n2 est une valeur caractéristique du milieu n°2, appelée indice de réfraction du milieu n°2 (ici, le plexiglas)

A quelle grandeur de cette loi correspond le coefficient directeur calculé précédemment ?
Calculer la valeur de n2, indice de réfraction du plexiglas pour la lumière rouge.

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