Chap 10 : Dispersion et réfraction de la lumière Objectifs p279 I

Chap 10 : Dispersion et réfraction de la lumière
Objectifs p279
I- Dispersion, lumières et radiations
1- Dispersion de la lumière blanche
Un faisceau de lumière blanche est dispersé par un prisme : le faisceau émergent est étalé et présente toutes les
couleurs de l'arc-en-ciel (du rouge au violet).
La lumière blanche est composé de toutes les lumières colorées visibles.
2- Lumières monochromatiques et polychromatiques
Un faisceau de lumière émise par un laser n'est pas dispersé mais simplement dévié par le prisme.
Une lumière qui ne peut pas être dispersée par un prisme ou un réseau est appelée lumière monochromatique, elle est
composée d'une seule radiation.
Une lumière qui peut être dispersée par un prisme est appelée lumière polychromatique , c'est une superposition de
plusieurs radiations.
3- Longueur d'onde associée à une radiation monochromatique
Un rayon de lumière monochromatique modélise une onde lumineuse de période et de fréquence donnés.
On associe à chaque radiation une grandeur appelée longueur d'onde dans le vide, on la note λ (lambda), elle se mesure
en mètre.
L’œil n'est sensible qu'aux radiations dont la longueur d'onde est comprise entre 400nm et 750 nm environ.
II- Réfraction de la lumière
Une onde lumineuse, comme toutes les ondes, peut subir une réfraction lorsqu'elle change de milieu de propagation.
1- Définition
Une réfraction est le changement de direction que subit un rayon de lumière lorsqu'il traverse la surface de séparation
entre deux milieux transparents différents.
2- Indice de réfraction de la lumière
La vitesse de propagation de la lumière dépend du milieu dans lequel elle se propage.
On appelle indice de réfraction d'un milieu homogène transparent le rapport des vitesses de propagation de la lumière
dans le vide (c ) et dans le milieu considéré (v).
n =
c
v
C'est donc un nombre sans unité, noté n. Il est toujours supérieur à 1. (nair =1,00)
3- Lois de Snell-Descartes
a) loi
Lorsqu'un rayon de lumière passe d'un milieu transparent, 1, d'indice de réfraction, n1, à un milieu transparent, 2, d'indice
de réfraction n2, l'angle d'incidence i1 et l'angle de réfraction i2 vérifient la relation :
n1 x sini1 = n2 x sini2
b) Cas particulier : l'air ou le vide
Lorsque le milieu 1 est l'air ou le vide : n1=1,00, alors la loi de Descartes s'écrit : sini1 = n2 x sini2
III- Le prisme, un milieu dispersif
1- Déviation d'un rayon par un prisme
Un rayon de lumière monochromatique arrive en I sur le dioptre air/ verre et émerge du prisme en J par le dioptre
verre/air.
–En I, n1<n2 ; le rayon réfracté se rapproche de la normale et est dévié vers la base du triangle ;
–en J, n1>n2 ; le rayon réfracté s'éloigne de la normale et est à nouveau dévié vers la base du triangle.
–Ces deux déviations s’additionnent.
2- Dispersion de la lumière blanche
Dans un prisme, on observe que les angles de réfraction sont différents pour chacune des radiations qui composent la
lumière blanche.
L'indice de réfraction du verre dépend donc donc de la longueur d'onde de la lumière, on dit que ce milieu est dispersif.
Si on suit le trajet d'un rayon de lumière à la traversée d'un prisme et on raisonne avec les lumières rouge et violette :
–l'angle d'incidence sur la face d'entrée est le même pour toutes les radiations mais les angles de réfraction sont
différents : les radiations sont séparées après la première face ;
–la deuxième réfraction au niveau de la face de sortie les sépare encore. Schéma 12p11