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b. Quelle grandeur peut-on calculer à partir de cet indice optique? La calculer. c. Quelle information qualitative peut-on tirer de la comparaison de l'indice optique du verre ordinaire avec celui de l'alcool qui vaut 1, 36? Conseils Utilisez la définition de l'indice optique d'un milieu transparent. Solution a. n verre = 1, 50 donc la lumière se propage 1, 50 fois moins vite dans ce milieu transparent que dans le vide ou dans l'air. On peut calculer la vitesse de propagation de la lumière dans le verre. n = c v donc v = c n soit v = 3, 00 × 10 8 1, 50 = 2, 00 × 10 8 m · s − 1. L'indice optique du verre est supérieur à l'indice optique de l'alcool donc la lumière se propage moins vite dans le verre que dans l'alcool. 2 Déterminer un angle de réfraction Un faisceau laser est réfracté de l'air dans l'eau. Compléter la figure ci-contre: indiquer le point d'incidence I; tracer la normale en I à la surface de séparation entre l'air et l'eau; repérer le rayon incident, le rayon réfracté, l'angle d'incidence i 1 et l'angle de réfraction i 2.
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Problématique La réfraction de la lumière est réagit par quelle loi mathématique? Sur une feuille nous êtant distribuée, quatre scientifiques ayant travaillé sur le phénomène de réfraction, ont proposé des lois mathématiques que nous avons dû prouver. Pour cela voici le matériel utilisé: une source de lumière, un générateur, une fente, un demi-cercle en verre, une feuille, un rapporteur. Réalisation – Poser le demi-cercle en verre sur la feuille. – Tracer la normale qui forme un angle droit avec la droite d'incidence. – Répeter cette opération plusieurs fois en changeant la place de la source de lumière en gardant le point d'incident. – Mesurer l'angle incident et l'angle réfracté. Voici les mesures trouvées: Droite Angle incident Angle réfracté A (normale) 90 90 B 21 15 C 46 28 D 40 24 E 56 35 F 74 41 G 66 35 Ainsi nous pouvons constater que les mesures ne sont pas proportionnelles mais en sont proches. Conclusion Grâce aux observations faîtes, nous pouvons affirmer que les hypothèses de Plotémée, Grossetête, Kepler sont fausses.
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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. 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. suffit de placer à la place du demi-cylindre en plexiglas une cuve remplie d'eau. Il faut que cette cuve soit suffisamment large pour pouvoir déterminer avec précision l'angle de réfraction. L'idéal est d'utiliser une cuve en forme de demi-cylindre pour retrouver les conditions de la première expérience.
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L' indice optique n d'un milieu transparent est le rapport de la vitesse c de la lumière dans le vide par la vitesse v de la lumière dans le milieu considéré: n = c v c et v en m · s − 1. n sans unité. Exemple: L'indice optique de l'air est 1. La vitesse v de la lumière dans un milieu transparent est toujours inférieure à la célérité c de la lumière dans le vide, donc l'indice optique d'un milieu (autre que le vide) est toujours supérieur à 1. Les lois de Snell-Descartes pour la réfraction 1 re loi. Le rayon réfracté est dans le plan d'incidence défini par le rayon incident et la normale au point d'incidence à la surface de séparation entre les deux milieux. Lorsque le rayon passe d'un milieu d'indice n 1 à un milieu d'indice n 2, l'angle d'incidence i 1 et l'angle de réfraction i 2 sont liés par la relation: n 1 sin i 1 = n 2 sin i 2 Méthode 1 Comprendre la signification d'un indice optique L'indice optique d'un verre ordinaire est 1, 50. a. Sans calcul, indiquer quelle information fournit cette valeur.
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Rayon incident – Miroir – Transparent - Angle d'incidence – Normale - 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,.... Réalisez le dispositif expérimental 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) Pour chaque valeur d'angle d'incidence demandé, vous mesurerez l'angle réfracté à 0, 5° près et compléterez le tableau suivant.
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tp: la réfraction de la lumière ACTIVITÉ 2 CHAPITRE 2: LA LUMIÈRE DES ÉTOILES TP: LA RÉFRACTION DE LA LUMIÈRE THÈME 1: L'UNIVERS A. MESURES faisceau incident i1 (°) 0 10 20 30 40 i2 (°) 7 13 25 sin( i1) 0, 17 0, 34 0, 50 0, 64 sin( i2) 0, 12 0, 23 0, 33 0, 43 50 60 70 80 90 31 35 39 41 42 0, 77 0, 87 0, 94 0, 98 1, 0 60° i1 angle 90° 0, 51 0, 58 0, 63 0, 66 0° 30° milieu 1: air milieu 2: plexiglas i2 réfracté demi-cylindre de plexiglas 0, 67 B. LES HYPOTHÈSES DE QUATRE SCIENTIFIQUES SUR LE PHÉNOMÈNE DE RÉFRACTION 1. Claude Ptolémée (90-168) "Les rayons perpendiculaires à la surface de séparation ne sont pas déviés. " Les rayons perpendiculaires à la surface de séparation sont confondus avec la normale: ils ont un angle d'incidence nul. VRAI: Pour un angle d'incidence de 0°, l'angle réfracté vaut 0°: le rayon n'est pas dévié. 2. Robert Grossetête (1168-1253) "L'angle de réfraction est égal à la moitié de l'angle d'incidence. " FAUX: Par exemple, pour un angle d'incidence de 40°, l'angle réfracté vaut 25° et non 20° (40°/2).
c. Tracer le graphique r = f(i). En observant la courbe obtenue, pouvez-vous conclure que l'angle d'incidence i et l'angle de réfraction r sont proportionnels, comme le propose Johannes Keppler? Pourquoi? d. Remplissez les lignes 3 et 4 du tableau ci-dessus en calculant sin i et sinr. e. Tracer le graphique sin r = f(sin i). En observant la courbe obtenue, pouvez-vous conclure que le sinus de l'angle de réfraction r est proportionnel au sinus de l'angle incidence i, comme le propose René Descartes? Pourquoi? Conclusion: Lequel des 2 savants avait raison?