CORRECTION ‹ n2 ≤ 1 n ≥ 1

2nde
Evaluation 6 : Réfraction et dispersion de la lumière
CORRECTION
I. QCM :
Entoure la bonne réponse.
Bonne réponse : 0.5 point
Pas de réponse : 0 point
Mauvaise réponse : - 0,25 point
1.
L’angle de réfraction r est l’angle entre le rayon réfracté et :
 La surface de séparation entre les deux milieux.
 La normale.
 Le dioptre.
2.
Pour deux milieux d’indice de réfraction différents, la réfraction peut être schématisée par :
3.
L’indice réfraction n d’un milieu s’exprime en :



En degré.
En mm
Pas d’unité.
4.
Quand un rayon lumineux arrive perpendiculairement à la surface de séparation de deux milieux différents :
 Il est toujours dévié.
 Il n’est jamais dévié.
 Sa déviation dépend de l’indice de réfraction du second milieu.
5.
Dans le schéma ci-dessous, les deux indices de réfraction n1 et n2 des deux milieux vérifient la relation :
 n1
› n2
 n1 ‹ n2
 n1 = n2
Milieu 1
Milieu 2
6.
L’indice de réfraction n d’un milieu transparent vérifie toujours :
≤ 1
 n ≥ 1
 n
 n = 1
II. Exercices
Exercice.1 :
D’après le schéma ci-dessous, attribuer à chaque chiffre le nom correspondant.
1. Dioptre
2
6
2. Angle d’incidence
5
3. Angle de réfraction
4. Rayon réfracté
5. Normale
1
Milieu d’indice n1
i
6. Rayon incident
Milieu d’indice n2
r
4
3
Exercice.2 :
Un faisceau de lumière éclaire un prisme en plexiglas. A la sortie du prisme, on observe sur un écran six radiations
monochromatiques : rouge, orange, jaune, vert, bleu et violet.
1.
2.
La lumière éclairant le prisme est-elle monochromatique ou polychromatique ? Justifier.
Cette lumière est polychromatique car composée de six radiations monochromatiques.
Quel nom porte le phénomène observé ?
C’est le phénomène de dispersion de la lumière.
3.
Expliquer en deux lignes l’origine de ce phénomène.
La déviation des différentes radiations lumineuses par le prisme dépend de leurs longueurs d’onde, plus la longueur
d’onde est élevée, plus la déviation est moindre.
4.
On observe sur l’écran :
Dviolet
> Dbleu > Dvert > Djaune > Dorange > Drouge
On fournit les valeurs de six longueurs d’onde  :
 = 540 nm
 = 600 nm
 = 750 nm
 = 480 nm
Attribuer à chaque couleur sa longueur d’onde en justifiant.
 = 540 nm : vert
 = 480 nm : bleu
D signifie déviation
 = 420 nm
 = 580 nm
 = 600 nm : orange
 = 750 nm : rouge
 = 420 nm : violet
 = 580 nm : jaune
Exercice.3 :
Un rayon lumineux arrive sur le côté arrondi d’un hémicylindre en plexiglas en direction du centre. (Voir schéma ci-dessous)
L’indice de réfraction du plexiglass est 1,5.
0°
On donne : nair = 1,00
30°
i = 30°
Plexiglas
90°
90°
0°
1.
En expliquant votre raisonnement, tracer le rayon réfracté (sortant du plexiglas) sur le schéma ci-dessus.
Pour tracer le rayon réfracté, il faut calculer l’angle de réfraction r, pour cela on applique la loi de SnellDescartes pour le rayon lumineux passant du plexiglas dans l’air:
n1 x sin i = n2 x sin r
On a: n1 = 1,5
i = 30°
n2 = 1,00
On remplace:
1,5 x sin 30° = 1,00 x sin r

sin r =
1,5 x sin 30°

r = Arcsin (1,5 x sin 30°) = 49°
2.
Peut-on trouver un angle de réfraction pour i = 50° ? Pourquoi ?
On applique la loi de Snell-Descartes avec i = 50° :
r = Arcsin (1,5 x sin 50°)
Impossible de trouver r
A partir d’une certaine valeur de i, il n’y a plus de réfraction, il se produit une réflexion totale.
3.
Remplir le tableau suivant :
i (°)
r (°)
0
0
20
31
40
75
41
80
42
Impossible
43
Impossible
50
Impossible
4.
A partir de quel angle d’incidence i n’a-t-on plus de réfraction ? Que devient alors le rayon incident ?
A partir de i = 42°, il n’y a plus de réfraction, il se produit une réflexion totale.
5.
A quelie condition sur les indices de réfraction cette absence de réfraction est-elle possible ?
L’absence de réfraction est possible si n1
6.
>
n2 : C’est le cas dans la situation de l’exercice 1,5
A quelle condition sur l’angle d’incidence i cette absence de réfraction est-elle possible ?
L’absence de réfraction est possible si i
>
angle limite de réfraction
>
60
Impossible
1,00
Exercice.4 :
On réalise une série de mesures à l’aide d’un hémicylindre
contenant de l’eau. Un rayon lumineux arrive de l’air
sur l’hémicylindre (Figure ci-contre).
Les résultats des mesures sont regroupés dans
le tableau suivant :
On donne : nair = 1,00
r (°)
Sin i
Sin r
1.
2.
0
7.5
0.17
0.13
0
0
14.9
0.34
0.26
22.1
0.5
0.38
Air
Eau
i
r
28.9
0.64
0.48
35.2
0.77
0.58
40.6
0.87
0.65
44.9
0.94
0.70
47.8
0.98
0.74
Indiquer sur le schéma l’angle i et l’angle r.
Compléter les deux dernières lignes du tableau ci-dessus et tracer sur le papier millimétré Sin i en fonction de Sin r :
Sin i = f (Sin r).
Sin i
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
Sin r
3.
Calculer le coefficient directeur de la droite. Déterminer l’équation de cette droite.
0.5
Coefficient directeur =
= 1,3
0.38
L’équation de la droite est alors : sin i = 1,3 x sin r
4.
Déduire de la question 3 l’indice de réfraction de l’eau. Justifier.
La loi de Snell-Descartes s’écrit pour la réfraction Air/Eau s’écrit : n1 x sin i = n2 x sin r avec n1 = 1,00
Soit : sin i = n2 x sin r d’où n2 = 1,3
Aux erreurs de lecture près l’indice de réfraction de l’eau est 1,3.
5.
Déterminer la vitesse v de propagation de la lumière dans l’eau. On rappelle que n = c/v. On donne : c = 3,00 x 108 m.s-1
3,00 x 108
c
c

v =
v =
= 2,3 x 108 m.s-1
v
n
1,3
La vitesse de propagation de la lumière dans l’eau est v = 2,3 x 108 m.s-1
On a
n =