PHYSIQUE L`optique

Manuel de l’élève
PHYSIQUE L’optique Exercices : corrigé
OPTIONscience – Physique
23 12085
L’optique – Chapitre 3
EXERCICES : CORRIGÉ 1
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ERPI
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Chapitre 3 La réfraction
3.1 La réfraction de la lumière
1. La difficulté vient du fait que la réfraction de la lumière qui émerge de l’eau crée
l’impression que le fond de la piscine est situé plus près qu’il ne l’est en réalité.
2. A et C.
3. Exemples de réponses.
• La formation des mirages.
• La tige d’une fleur placée dans un verre d’eau qui paraît pliée.
• Les larmes qui brouillent notre vision.
• Des lunettes trop fortes qui brouillent également notre vision.
• L’air qui semble danser autour des objets qui dégagent beaucoup de chaleur
(feu, tuyaux d’échappement, etc.).
4. a) Lorsqu’on augmente l’angle d’incidence, le rayon incident se rapproche de
la surface.
b) Il en va de même pour le rayon réfracté : lorsqu’on augmente l’angle
d’incidence, le rayon réfracté se rapproche de la surface.
5. L’illustration B. Plus l’angle de réfraction est petit, plus l’indice de réfraction
du milieu est grand.
6. 1.
2
=?
2.
1=30°
n
1=1,0003 (air)
n2=1,33 (eau)
3.
n
1
sin 
1
=n
2
sin 
2
D’où sin 
2
=n
1
sin 
1
n
2
4.
sin 2=1,0003 sin 30°
1,33
= 0,376
2=22°
5. L’angle de réfraction est de 22°.
Puisque
i
=
r
=30°
et que
2
<
r
, la réponse est B.
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3.1 La réfraction de la lumière (suite)
7. a) Puisque
n=c
v
, nous pouvons dire que la vitesse de la lumière dans le bloc est
inversement proportionnelle à l’indice de réfraction. En conséquence, la lumière
voyage plus rapidement dans le bloc dont l’indice de réfraction est le plus bas,
soit 1,4.
b) 1.
v1=?
v2=?
v3=?
2.
n
1=1,4
n2=1,5
n3=1,6
3.
n=c
v, d’où v=c n
4.
v1=c
n
1
=3,0 108 m/s
1,4
=2,143 108 m/s
v2=c
n2
=3,0 108 m/s
1,5
= 2,000 108 m/s
v3=c
n3
=3,0 108 m/s
1,6
=1,875 108 m/s
5. Dans le premier bloc, la vitesse de la lumière est de
2,1 10
8
m/s,
dans le
deuxième bloc, la vitesse de la lumière est de
2,0 10
8
m/s,
tandis que
dans le troisième bloc, cette vitesse est de
1,9 10
8
m/s.
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3.1 La réfraction de la lumière (suite)
8. 1.
2
=?
2.
1=90° 50°, soit 40°
n
1=1,0003
n2=1,33
3.
n
1
sin 
1
=n
2
sin 
2
, d’où sin 
2
=n
1
sin 
1
n
2
4.
sin 2=1,0003 sin 40°
1,33
=0,483
2=28,9°
5. L’angle de réfraction est de
29°.
9. a) Passage de l’air à l’huile minérale.
1.
2
=?
2.
1=55°
n
1=1,0003
n2=1,48
3.
n
1
sin 
1
=n
2
sin 
2
, d’où sin 
2
=n
1
sin 
1
n
2
4.
sin 
2
=1,0003 sin 55°
1,48
= 0,5536
2
=33,6°
5. Dans l’huile minérale, le rayon lumineux formera un angle de
33,6°
avec
la normale.
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3.1 La réfraction de la lumière (suite)
Passage de l’huile minérale au verre crown.
1.
2
=?
2.
1
=33,6°
n
1
=1,48
n
2
=1,52
3.
n
1
sin 
1
=n
2
sin 
2
, d’où sin 
2
=n
1
sin 
1
n
2
4.
sin 
2
=1,48 sin 33,6°
1,52
= 0,539
2
=32,6°
5. Dans le verre crown, le rayon lumineux formera un angle de
32,6°
avec
la normale.
Passage du verre crown à l’air.
1.
2
=?
2.
1
=32,6°
n
1
=1,52
n
2
=1,0003
3.
n
1
sin 
1
=n
2
sin 
2
, d’où sin 
2
=n
1
sin 
1
n
2
4.
sin 
2
=1,52 sin 32,6°
1,0003
=0,819
2
=55°
5. Dans l’air, le rayon lumineux formera un angle de
55°
avec la normale.
b) L’angle d’incidence initial est égal à l’angle de réfraction final.
10. 1.
n
2
=?
2.
1=35°
2=30°
n
1=1,0003
3.
n
1
sin 
1
=n
2
sin 
2
, d’où n
2
=n
1
sin 
1
sin 
2
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3.1 La réfraction de la lumière (suite)
4.
n
2
=1,0003 sin 35°
sin 30°
=1,15
5. L’indice de réfraction du milieu inconnu est de
1,15.
11. Je calcule d’abord l’angle de réfraction dans le prisme en verre crown.
1.
2
=?
2.
1=50°
n
1=1,0003
n2=1,52
3.
n
1
sin 
1
=n
2
sin 
2
, d’où sin 
2
=n
1
sin 
1
n
2
4.
sin 
2
=1,0003 sin 50°
1,52
=0,504
2
=30,27°
5. L’angle de réfraction est de
30°
dans le prisme en verre crown.
Je calcule maintenant l’angle de réfraction dans le prisme en verre flint lourd.
1.
2
=?
2.
1=50°
n
1=1,0003
n2=1,66
3.
n
1
sin 
1
=n
2
sin 
2
, d’où sin 
2
=n
1
sin 
1
n
2
4.
sin 2=1,0003 sin 50°
1,66
=0,4616
2=27,49°
5. L’angle de réfraction est de
27,5°
dans le prisme en verre flint lourd.
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