Texte de préparation TP1 optique

L1 SPM
2014-2015
Préparation des travaux pratiques
Les préparations de TP d’optique sont notés et pris en compte pour le calcul de la note d’UE
(note D des modalités de contrôle de connaissances). Vous devez rendre cette préparation à
votre enseignant avant la séance de TP correspondante. Lisez le texte de la séance de TP,
étudiez le cours. Rédigez vos réponses directement sur cette feuille.
NOM :
Prénom :
Optique TP1 : Lois de Snell-Descartes et
spectroscopie de sources lumineuses
Lors de ce TP, vous étudierez certaines caractéristiques de la lumière. Dans une première
partie, vous découvrirez les lois de Snell-Descartes permettant de décrire la propagation de la
lumière aux interfaces entre deux milieux matériels. Dans une seconde partie, vous étudierez
les spectres des lumières émises par différentes sources lumineuses.
Exercice 1 : Vérification de la 3ème loi de Snell-Descartes
Pendant la séance de TP, vous utiliserez un demi-cylindre de plexiglass d’indice de réfraction
n à travers lequel vous ferez passer un rayon lumineux. Afin de bien comprendre la
manipulation, vous allez tracer la marche du rayon lumineux dans le plexiglass et à la sortie
du plexiglass sur les trois schémas suivants. Dans chaque cas, prenez soin de bien préciser les
points suivants :
→ Tracer la normale au dioptre, pour chaque dioptre
→ Indiquer clairement les angles (orientés) d’incidence et de réfraction des rayons
lumineux sur les deux dioptres.
D’après vous, si on souhaite étudier la loi de la réfraction pour le dioptre plan plexiglass-air,
dans quelle configuration doit-on se placer (entourer la bonne réponse) ?
Schéma :
1
2
3
Même question si l’on souhaite étudier le dioptre plan air-plexiglass.
Schéma :
1
2
3
Schéma 1
Schéma 2
Schéma 3
Exercice 2 : Dispersion de la lumière à travers un prisme
On dispose d’un prisme en verre, d’indice de réfraction n = 1,742 et d’angle A = +50° (cf.
Schéma 4). L’indice n a été mesuré avec une lumière monochromatique bleue de longueur
d’onde λ = 484 nm. On éclaire le prisme par ce faisceau de lumière bleue avec un angle
d’incidence i = 60°. L’orientation des angles est précisée sur le schéma.
1) Indiquez sur le schéma l’angle d’incidence i en I.
2) Calculez l’angle de réfraction r au point I.
3) Représentez sur le schéma la marche du rayon lumineux à l’intérieur du prisme. On
note J le point d’incidence sur le second dioptre.
4) Montrez que l’angle d’incidence r’ en J est égal à −20.2°.
5) Calculez la valeur de l’angle de réfraction i’ avec lequel le rayon lumineux sort du
prisme.
6) Tracez la marche du rayon à la sortie du prisme.
On remplace maintenant le faisceau de lumière bleue par un faisceau monochromatique de
longueur d’onde λ = 664 nm. Pour ce faisceau, l’indice du verre vaut maintenant n = 1,714.
On veut comparer le trajet de ce faisceau lumineux à celui du faisceau précédent.
7) Quelle est la couleur de cette lumière (entourer la bonne réponse) ?
Violet
Bleu
Vert
Jaune
8) Calculez l’angle de réfraction r au point I.
Orange
Rouge
9) Calculez l’angle d’incidence r’ en J.
10) Calculez la valeur de l’angle de réfraction i’ avec lequel le rayon lumineux sort du
prisme.
11) Tracez la marche du rayon à la sortie du prisme.
12) Ce faisceau est-il plus dévié que le faisceau bleu ?
Schéma 4