Réfraction de la lumière-dispersion
Exercice 1
Légender un schéma
Le schéma ci-dessous représente le phénomène de réfraction d'un faisceau lumineux.
Identifier :
a. le point d'incidence ;
b. le rayon incident ;
c. le rayon réfracté ;
d. l'angle d'incidence ;
e. l'angle de réfraction ;
f. le plan d'incidence ;
g. la normale au point d'incidence ;
h. la surface séparant les deux milieux.
Exercice 2
1.1. Quelles sont les sept principales radiations visibles la lumière blanche' ?
1.2. Citer deux radiations invisibles
1.3. On éclaire un objet par une source de lumière branche, l'objet apparaît rouge.
On place entre l'objet et la source un filtre jaune.
Quelle est la couleur apparente de l'objet ?
2.1. La lumière blanche est constituée de sept radiations visibles et colorées : rouge, orange, jaune, bleu, indigo, et violet.
Une couleur manque, quelle est cette couleur ?
2.2. Quelles sont les deux radiations extrêmes visibles de la lumière blanche ?
2.3. Quelles sont les deux radiations invisibles à l'œil nu ?
3.1. Qu'appelle-t-on phénomène d'irisation ?
3.2. Donner deux exemples de phénomène d'irisation.
3.3. Quel phénomène optique rencontre-t-on lorsque la lumière pénètre dans deux
milieux transparents (air-eau) ?
Exercice 3
Lois de Snell-Descartes
1.1. Sur le schéma ci-dessous, identifier l'angle d'incidence et l'angle de réfraction
1.2. Énoncer les lois de Snell-Descartes relatives au phénomène de réfraction en respectant les notations du schéma
2. Un faisceau laser rouge passant de l'air dans l'eau réfracte.
Données : indice de réfraction de l'air : $n_{\text{air}}=1.00$
Indice de réfraction de l'eau : $n_{\text{eau}}=1.00$
2.1. Schématiser la situation en indiquant les rayons réfracté et incident, le point d'incidence $I$, en dessinant la normale au dioptre et en repérant les angles d'incidence $i_{\text{eau}}$ et de réfraction $i_{\text{eau}}$
2. 2. Rappeler l'expression de la loi de Snell-Descartes relative aux angles en respectant les notations de l'énoncé.
2. 3. Calculer la valeur de l'angle de réfraction d'un rayon lumineux d'incidence $i_{\text{air}}$
Exercice 4
Mirages
Lors d'un mirage, la lumière ne se propage pas en ligne droite, elle est déviée.
Le schéma ci-dessous est une illustration de ce phénomène
1. Pourquoi la lumière ne se propage pas en ligne droite lors d'un mirage ?
2. Que subit la lumière, notamment aux points $A$ et $B$ ?
Exercice 5
Près de $400\,kg$ de roches ont été rapportés au cours des différentes missions sur la Lune.
L'armalcolite est un des minéraux transparents qui ont été découverts dans la Mer de la Tranquillité.
Son nom rend hommage à l'équipage d’Apollo $11$ (Armstrong, Aldrin et Collins) qui en a fait la découverte.
Un mince faisceau de lumière
monochromatique arrive depuis l'air sur une surface plane du minéral étudié avec un angle d'incidence $i_{1}=40^{\circ}$
L'angle de réfraction vaut alors $i_{2}=15.7^{\circ}$
1. Faire un schéma de la situation.
2. Calculer l'indice de réfraction $nA$ de l'armalcolite
Exercice 6
Un amateur d'astronomie observe une étoile à travers la vitre de la fenêtre de sa chambre.
Un rayon lumineux issu de cet astre arrive sur la vitre d'indice de réfraction $n=1.50$ et d'épaisseur $e$ en un point $A$ avec un angle d'incidence $i=50^{\circ}$
1. Calculer la valeur $r$ de l'angle de réfraction du rayon réfracté en $A.$
2. Que devient le rayon lumineux lorsqu'il atteint le point $B$ ?
3. Déterminer la valeur $r'$ de l'angle de réfraction du rayon réfracté en $B.$
4. Compléter le schéma.
5. Comparer la direction du rayon incident et celle du rayon émergeant de la vitre.
Commenter.
Exercice 7
Newton et arc-en-ciel
Newton a utilisé un prisme pour comprendre la dispersion de la lumière blanche observée dans les arcs-en-ciel.
Un rayon de lumière blanche arrive perpendiculairement sur une face d'un prisme en verre, d'angle au sommet $A.$
comme indiqué sur le schéma.
Les indices de réfraction du prisme sont :
$n1_{\text{rouge}}=1.62$ et $r1_{\text{bleu}}=1.65$
1. Pourquoi le rayon n'est-il pas dévié au passage air-verre au point $I1$ ?
2. Montrer que l'angle d'incidence en $I2$, lors du passage verre-air, vaut $35^{\circ}$
3. Déterminer les valeurs $i2$, bleu et $i2$, rouge de l'angle de réfraction pour les lumières bleue et rouge.
4. De la lumière rouge ou de la lumière rouge, laquelle est la plus déviée ? Le schéma est-il en accord avec la réponse.
Exercice 8
Soit un prisme en plexiglass $(\text{indice de réfraction }np=1.45)$ ayant la forme d'un triangle $ABC$ rectangle en $B$ et dont l'angle $Ab$ a la valeur $45^{\circ}$.
Un rayon incident de lumière arrive sur la face $[AB]$ pratiquement en son milieu.
Ce rayon arrive du côté du point $B$ avec un angle d'incidence $i=40^{\circ}$
1. Faire un schéma de la situation.
2. Le rayon ressort du prisme par la face $[AC]$
Calculer l'angle de réfraction $r'$ du rayon lumineux au sortir de cette face.
3. Compléter le schéma
Exercice 9
1. On dirige un faisceau de lumière blanche vers un prisme.
1.1. Schématiser ce que l'on observe sur un écran placé après le prisme, sur le trajet de la lumière.
1.2. Quelle propriété du prisme est ainsi mise en évidence ?
1.3. De quelle grandeur dépend l'indice de réfraction d'un prisme ?
2.1. Quelle source de lumière naturelle permet, dans certaines conditions, d'obtenir un arc-en-ciel ?
2.2. Quel phénomène physique subit cette lumière au niveau des gouttes d'eau ?
3.3. Quel propriété de l'eau est mise en évidence par la formation d'un arc-en-ciel ?
Exercice 10
Réfractomètre de Pulfrich
Un réfractomètre de Pulfrich sert à mesurer l’indice de réfraction d'un liquide afin de contrôler sa pureté ou sa composition chimique.
Le principe est le suivant : sur un bloc de verre de section rectangulaire, d'indice $N$ connu, on dépose une goutte de liquide dont on veut déterminer l'indice $n.$
Un faisceau lumineux monochromatique jaune pénètre dans le bloc de verre sur la face AB avec un angle d'incidence $i1$ ; il se réfracte, puis se propage dans le verre et rencontre la surface de séparation entre le verre et le liquide.
Ce faisceau peut alors se réfracter dans la goutte de liquide.
Lors d'une mesure, on fait varier $i1$ jusqu'à avoir $i4=90.0^{\circ}$ ; on peut ainsi déterminer l'indice $n$ en mesurant $i1$ avec une grande précision.
L'indice de réfraction de l'air est pris égal à $1.00.$
1. Écrire les relations qui existent entre les angles :
1.1. $i1$ et $i2$ ;
1.2. $i2$ et $i3$ ;
1.3. $i3$ et $i4.$
2. On a déposé une goutte de glycérine sur le bloc de verre d'indice $N=1.652$
On mesure $i1=48.06^{\circ}$
Calculer l'indice de réfraction de la glycérine pour la radiation jaune utilisée