TP Optique - Egalite des chances
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TP Optique Réflexion totale de la lumière & création d’un Arc en ciel Objectifs : Rappeler les lois d’optique géométrique vues en cours (2 nd) Expliquer quelques phénomènes de réfraction totale au quotidien Rappeler les longueurs d’ondes (spectre visible) Créer un Arc en ciel S’entraîner à un QCM Matériel : - Lampe de poche - Un miroir plat - une feuille de papier blanc. - Une carafe d’eau - Une paille - Un gobelet en plastique transparent Page 1 sur 5 I) Réflexion totale de la lumière : 1. QCM : 1. Comment se propage la lumière dans le vide et dans les milieux transparents? De façon circulaire en ligne droite en zigzags 2. Pourquoi voit-on un objet? Il émet de la lumière il réfléchit de la lumière il est solide 3. À quelle vitesse se déplace la lumière dans le vide et dans l’air? 3.0x10^8 m/s 2,26x10^5m/s 2,0x10^5m/s 2,7x10^7m/s 4. L'eau (plusieurs réponses possibles): a un indice optique plus faible que l'air a un indice optique plus grand que le vide a un indice optique plus grand que l'air est un milieu moins réfringent que l'air est un milieu plus réfringent que l'air 2. À la recherche d'une loi mathématique : Deux savants ont cherché à traduire le phénomène de réfraction de la lumière par une loi mathématique entre l’angle d’incidence i (angle que fait le rayon incident avec la perpendiculaire à la surface de séparation) et l’angle de réfraction r (angle que fait le rayon réfracté avec la perpendiculaire à la surface de séparation. Page 2 sur 5 → Pour Johannes Kepler, astronome allemand (1571-1630), l’angle d’incidence est proportionnel à l’angle réfracté tant que les angles restent petits. → Pour René Descartes, philosophe, mathé maticien et physicien français (1596 –1650), c’est le sinus de l’angle réfracté qui est proportionnel au sinus de l’angle d’incidence. D’après vous, lequel de ces 2 savants avait raison ? 3. Découverte du phénomène de réfraction : Placez une paille dans un verre d'eau a- Qu’est-ce que vous observez ? b- À votre avis pourquoi ? 4. Flèche retournée : - Placez les deux flèches imprimées sur la feuille derrière la coupe de champagne, Remplissez la coupe de champagne avec l’eau du robinet jusqu’à atteindre le niveau de la première flèche. a- Qu’est-ce que vous observez ? b- À votre avis pourquoi ? Explication : Ici, la lumière traverse de l’air, puis du verre, puis de l’eau, puis à nouveau du verre et de l’air pour enfin arriver à nos yeux. À chaque fois qu'elle passe d'un matériau à un autre, la lumière est réfractée, ce qui peut créer une illusion d'optique. 5. Gomme invisible : - Mettez une gomme dans le gobelet transparent, Mettez le gobelet dans la carafe remplie d’eau, Observez le contenu du gobelet en étant à ras de la carafe. a- Voyez-vous la gomme ? b- À votre avis pourquoi ? Page 3 sur 5 6. Pièce de monnaie cachée : - Mettez une de monnaie au fond d’un bol, Mettez vous à une position dans laquelle vous ne voyez plus la pièce, Remplissez le bol avec l’eau du robinet tout en restant dans cette position, c- Voyez-vous la pièce ? d- À votre avis pourquoi ? II) Création d’un arc en ciel : 1. Spectre visible : Complétez avec : lambda, d’onde, rouge, violette, monochromatique, Ultra-violets, nanomètres, Infras-Rouges, radiations. Une lumière __________________ est aussi appelée « radiation », elle est caractérisée par sa longueur _________________ λ (lettre grecque, prononcée « _______________ ») dans le vide et mesurée en mètres. L’œil humain ne voit pas toutes les __________________. C’est à dire qu’il ne perçoit que les radiations comprises entre 400 __________________ (« nm » 10^-9 mètres), couleur _______________ ; et 800 nm, couleur ________________, c’est le « domaine visible » ou « spectre visible ». Les radiations dont la longueur d’onde est inférieure à 400 nm sont les _____________________, les Rayons X et les Rayons Gamma; et les radiations dont la longueur d’onde est supérieure à 800 nm sont les _________________ , les ondes radio.. Page 4 sur 5 2. QCM : 1) La limite supérieure du domaine visible correspond à la longueur d'onde : 450 nm 550 nm 650 nm 800 nm 2) Cette limite sépare : Le visible de l'infrarouge le visible de l’Ultraviolet Le visible du domaine radio 3) Dans milieu transparent, homogène et isotrope : La vitesse de la lumière est inférieure à celle du vide La vitesse de la lumière est supérieure à celle du vide La vitesse de la lumière est identique à celle du vide 3. Notre expérience : - Remplissez la carafe à moitié d’eau du robinet Mettez le miroir dans la carafe d’eau incliné à 45° environ Allumez la lampe de poche et dirigez sa lumière vers le miroir Utiliser la feuille de papier blanc pour recevoir le reflet de la lumière sur le miroir Faites varier la position de la lampe de poche afin d’avoir un arc en ciel projeté sur la feuille de papier. D’après vous, quelles ressemblances avec l'arc-en-ciel ? 4. Explication de l’expérience : Complétez par : irisée, décomposée, nuage, tache, expérience, l'observateur, positions. La lumière de la lampe (blanche comme celle du soleil) est _______________ en lumières colorées par l'eau (il pleut quand on observe un arc-en-ciel) et on ne voit la tache _______________ que dans certaines _______________ de l'eau. De même on ne voit l'arc-en-ciel que dans certaines conditions (positions du soleil, du _______________ et de __________________ , le dos au soleil). Ce ne sont pas, dans cette _____________________, des conditions d'observation directe comme pour l'arc-en-ciel puisqu'on utilise un papier pour observer la ______________ . Page 5 sur 5
