Physique NYC Guide de travail Chapitre 4 Réflexion et réfraction de

Physique NYC Guide de travail Chapitre 4
Réflexion et réfraction de la lumière
Élément de la compétence
Appliquer les lois de l’optique géométrique.
Habiletés essentielles Savoirs principaux
• Établir des liens entre les 3 è et 4 è lois
de Maxwell et la production de l’onde
électromagnétique ainsi que sa
propagation.
• Décrire et illustrer l’onde
électromagnétique.
• Décrire les mécanismes de production
des ondes électromagnétiques.
• Résoudre des problèmes portant sur les
ondes électromagnétiques.
Ondes électromagnétiques
• Lois de l’électromagnétisme (Lois de
Maxwell) rappel des conséquences
physiques des 3 è et 4 è lois.
• Caractéristiques, propriétés et
mécanisme de production de l’onde
électromagnétique à l’aide d’un dipôle
oscillant.
• Spectre des ondes électromagnétique et
mécanismes de production.
• Énergie, quantité de mouvement et
pression de radiation.
• Effet Doppler (cas de la lumière).

Habiletés essentielles Savoirs principaux
• Démontrer les lois de la réflexion et de
la réfraction de la lumière à l’aide du
modèle ondulatoire.
• Résoudre des problèmes relatifs aux
phénomènes de réflexion et de
réfraction dans diverses situations à
interface unique.
• Appliquer le principe de formation des
images à différents systèmes optiques
tels : miroirs, dioptres, lentilles et
systèmes composés (schématisation et
analyse).
• Calculer le grandissement et la
puissance d’une lentille et d’un système
composé.
• Décrire le phénomène de dispersion et
en donner des exemples.
Optique géométrique
• Modèles de la lumière (corpusculaire et
ondulatoire).
• Principe de Huygens.
• Lois de la réflexion et de la réfraction
tirées du modèle ondulatoire.
• Principe de formation des images en
réflexion spéculaire et en réfraction pour
des surfaces sphériques (Qualification
des : objets, images, foyers, rayon de
courbure, indices de réfraction et
marche des rayons dans des systèmes
simples).
• Grandissement et puissance d’une
lentille
• Prismes (phénomène de dispersion,
propriétés et applications)
• Dioptre sphérique, dioptres sphériques
consécutifs et lentilles minces
(équations qui régissent les phénomènes
optiques dans chacun de ces cas.)
• Phénomènes de dispersion et de
diffusion.

Sections à l'étude :
L'ensemble du chapitre
Introduction
• Cet aperçu historique sur le développement des concepts associés aux ondes
électromagnétiques sera complété en classe par un retour sur les concepts de base de
l'électromagnétisme.
• Le chapitre 13 du volume Électricité et magnétisme de Benson traite spécifiquement des
ondes électromagnétiques.
Schéma d'une onde électromagnétique qui se propage dans la direction des x positifs.
Le champ électrique E oscille dans le plan vertical, le champ magnétique B dans le plan
horizontal.
4.1 Le spectre électromagnétique (EM)
• Notez les longueurs d'onde approximatives des limites du spectre visible avec leur couleur
associée.
• Vous devriez connaître la séquence des divers types d'ondes EM.

4.9 La vitesse de la lumière
• Étudiez surtout les méthodes de Fizeau et de Michelson: elles sont toutes deux basées sur le
même principe. Celle de Michelson est plus facile à visualiser. À la fig. 4.47, la lumière en
provenance de la source pourra pénétrer dans la lunette si la roue a fait 1/8 de tour pendant
que la lumière effectuait un aller-retour entre la roue et le miroir fixe.
• Nous verrons en classe une méthode plus moderne de mesure de c.
4.2 L'optique géométrique
• La notion de front d'onde a été abordée au chapitre précédent (voir figure 3.3 ). Cette notion
est également à la base du principe de Huygens de la section suivante.
• Notez ce que l'on entend par “rayons”.
• Notez les limites de l'optique géométrique.
4.3 La réflexion
• La loi de la réflexion ( figure 4.5) est fondamentale en optique géométrique. Notez qu'une
particule qui subit une collision élastique sur une paroi rigide a un comportement similaire.
• Exemple 4.1 : voir figure 4.26 pour comprendre la signification de l’angle de déviation δ.
• Le principe de Huygens : retenez surtout le paragraphe souligné en vert pâle et la figure 4.8
qui lui est associée. C'est ce principe qui a été utilisé pour construire les fronts d'onde de la
figure 4.3.
4.4 La réfraction
• La loi de la réfraction ( équation 4.3) est fondamentale à l'optique géométrique. On se sert du
principe de Huygens pour la démontrer (figure 4.12).
• Figure 4.12: AB représente un front d'onde à un certain temps t. A'B' représente le même
front d'onde une période (un cycle) plus tard.
• La figure 4.11 illustre le commentaire qui suit l'équation 4.3.
• Notez bien ce qu'est un indice de réfraction (paragraphe qui précède l'équation 4.2).
• Notez aussi le paragraphe qui précède l'équation 4.4 et la figure 4.13 qui lui est associée.
Question : La rétine de l’œil détecte-t-elle les couleurs comme des longueurs d'onde
différentes ou des fréquences différentes ??
• Laissez tomber l'exemple 4.4.
• Figure 4.16 : C'est la direction du rayon lumineux qui entre dans l’œil qui détermine la
direction apparente de la source.
• En résumé, un rayon qui passe d'un milieu d'indice faible à un milieu d'indice plus élevé se
rapproche de la normale à la surface (voir figures 4.11, 4.15 et 4.16a). Un rayon qui passe
d'un milieu d'indice élevé à un milieu d'indice plus faible s'écarte de la normale (voir figures
4.16b et 4.17).

4.5 La réflexion totale interne
• Le phénomène se déduit directement de la loi de la réfraction.
• Notez que plus l'indice est élevé, plus θc est petit.
• Exemple 4.5 : n'étudiez que la partie (a).
• Notez les nombreuses applications technologiques de ce phénomène.
4.6 Le prisme et la dispersion
• 1er paragraphe : notez que le phénomène n'est pas expliqué; on ne fait que le constater.
• Ce phénomène implique que la vitesse de la lumière dans un milieu dépend de sa longueur
d'onde.
• L'instrument décrit à la figure 4.27 sera utilisé dans le dernier laboratoire pour observer et
mesurer les raies spectrales de l'hydrogène.
• Laissez tomber les exemples 4.6 et 4.7.
4.7 Les images formées par un miroir plan
• Cette section sert de base aux suivantes. On y montre comment trouver la position des images
produites par des miroirs : figure 4.31.
• Notez qu'il faut toujours au moins deux rayons par point-objet pour trouver la position de
leurs points-images respectives.
• L'image de la figure 4.31 est dite “virtuelle”, qualificatif expliqué à la section suivante.
• Les exemples 4.8 et 4.9 sont deux “classiques” de l'optique des miroirs plans.
4.8 Les miroirs sphériques
• Notez que le même miroir peut être soit concave, soit convexe, selon que les rayons sont
incidents sur une face plutôt que l'autre (les deux faces doivent, bien sûr, être réfléchissantes).
• Figure 4.38 : Les directions que prennent les rayons se comprennent mieux si on illustre la
courbure sphérique du miroir :