Réflexion et réfraction

Bac pro date :
Ph. Georges Sciences 1/1
DEVOIR DE SCIENCES PHYSIQUES
I- Un rayon laser monochromatique arrive avec un angle de 30° à la surface de l’eau.
L’indice de réfraction de l’air est égal à 1 et celui de l’eau à 1,33.
1. Reproduire le schéma et dessiner le rayon réfléchi.
2. Calculer l’angle de réfraction i2.
3. Déterminer la célérité de la lumière dans l’air cair et
dans l’eau ceau.
Donnée : célérité de la lumière dans le vide : c0 = 340 m/s
II- On considère un rayon lumineux incident dans du plexiglas.
L’indice de réfraction de plexiglas est de 1,5.
1. Expliquer ce qu’est la réflexion totale.
2. Calculer l’angle d’incidence limite  pour lequel il y a
réflexion totale.
III- Un rayon lumineux arrive sur une vitre en verre d’indice n = 1,5 et
d’épaisseur e = 5 mm. L'angle d'incidence du rayon est i = 30°.
1. Calculer l'angle de réfraction du rayon dans le verre puis tracer ce rayon.
2. Déterminer l'angle d'incidence de ce rayon sur la face de sortie verre/air.
3. Avec quel angle de réfraction le rayon émerge t il de la vitre ?
Tracer ce rayon émergent.
4. Comparer la direction du rayon qui arrive sur la vitre et la direction de celui qui en sort.
Cela dépend-il de la valeur de l'indice n ?
rayon incident
Normale à la surface
air
d’incid
ence
surface de
séparation
eau
d’incid
ence
verre
n = 1,5
épaisseur
e = 5 mm
air
air

Bac pro date :
Ph. Georges Sciences 2/1
Correction du devoir de sciences physiques
I- Rayon laser monochromatique
1. angle d'incidence = angle de réflexion = 30°
2. Relation de Snell-Descartes : nair sin 30 = n eau sin i2
sin i2 = 1;1
33
sin 30° sin i2 = 1;1
33
Error!
i2 = 22,1 °
3. L’indice de réfraction est le rapport de la célérité de la lumière dans le vide par la célérité de la
lumière dans le milieu considéré. nX =
Error!
Dans l’air, la célérité de la lumière est égale à celle dans le vide, comme nair = 1 . cair = 340 m/s
Dans l’eau : neau =
Error!
d’où ceau =
Error!
soit ceau =
Error!
ceau 256 m/s
II- Réfraction totale
Lors du passage de l'air dans le verre, le rayon réfracté existe toujours. Par contre lors du passage du
verre dans l'air il existe un angle limite d'incidence au delà duquel le rayon réfracté n'existe pas: il y a
réflexion totale.
Relation de Snell-Descartes : nair sin 30 = n verre sin i2
La limite du rayon réfracté est i2 = 90°.
La relation devient : 1 sin  = 1,5 sin 90° puis 1 sin  = 1,5 1
On obtient finalement : sin  = 1;1
5 L’angle limite est :  = 41,8 °.
III- Vitre en verre
1. face d’entrée air/verre : loi de SNELL-DESCARTES
1 sin 30 = 1,5 sin r sin r = 0,333 d'où r = 19,47°
2. face de sortie verre/air : angle d'incidence 19,47 ° (angle alterne interne)
3. face de sortie verre/air : loi de SNELL-DESCARTES 1,5 sin 19,47 = 1 sin i' i' = 30°
Le rayon émerge de la vitre avec un angle de 30°.
4. Le rayon incident et le rayon émergent ont des directions parallèles quel que soit l'indice n.
Donc il n’y aura pas de dispersion de la lumière blanche par la vitre.
Par contre dans un prisme il y a dispersion de la lumière blanche, car la longueur d'onde de la lumière
dépend de l'indice n. Le prisme est un milieu dispersif.