Physique, chapitre 03 - Réfraction, dispersion

Sciences physiques CH03 Réfraction et dispersion dans l’atmosphère
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Chapitre 03 Réfraction et dispersion dans
l’atmosphère.
I- Réfraction de la lumière (en
relation avec le TP physique N°
4).
1)- Mise en évidence.
2)- Définition.
3)- Première loi de Descartes.
4)- Deuxième loi de Descartes.
5)- Indice de réfraction.
II- Dispersion de la lumière blanche
par un prisme.
1)- Le phénomène de dispersion.
2)- Explication :
III- Réfraction de la lumière dans
l’atmosphère terrestre.
1)- L’arc-en-ciel.
2)- Les mirages.
3)- La position des Astres.
IV- Applications.
1)- QCM. QCM Questy
2)- Exercices :
Exercices :
a)- Exercice 3 : Indice de
réfraction.
b)- Exercice 4 : De l’eau dans l’air.
c)- Exercice 7 : L’arc-en-ciel.
d)- Exercice 8 : Les mirages.
e)- Exercice 10 : Exploiter une
expérience de dispersion.
f)- Exercice 14 : Construire et
exploiter une représentation
graphique.

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I- Réfraction de la lumière (en relation avec le TP physique N° 4).
1)- Mise en évidence.
Expérience : laser + cuve à eau.
- Observations : on constate que le faisceau lumineux change brusquement de direction quand il
franchit la surface de séparation air – eau.
2)- Définition.
- On appelle réfraction de la lumière le changement de direction que la lumière subit à la traversée de la
surface de séparation entre deux milieux transparents.
3)- Première loi de Descartes.
- Vocabulaire :
- SI : rayon incident et IR rayon réfracté.
- I : le point d’incidence.
- NI : normale à la surface de séparation.
- Le plan d’incidence : on appelle plan d’incidence, le plan qui contient : le rayon incident (SI) et la
normale (NI) au point d’incidence I.
- Énoncé de la première loi de Descartes : Le rayon réfracté est dans le plan d’incidence.

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4)- Deuxième loi de Descartes.
- L’angle de réfraction i
2
est généralement différent de l’angle d’incidence i
1
.
- Lorsque l’on trace sin i 1 = f (sin i
2
), la courbe obtenue est une droite qui passe par l’origine. En
conséquence :
- sin i
1
= k sin i
2
- Ceci constitue la deuxième loi de Descartes.
5)- Indice de réfraction.
- Pour une radiation donnée, un milieu transparent homogène est caractérisé par un indice de réfraction
n.
- Relation :
n : indice de réfraction
c : vitesse de la lumière dans le vide en m / s
v : vitesse de la lumière dans le milieu transparent en m / s
- Remarque : comme c ≥ v alors n ≥ 1
- Retour sur la relation précédente : sin i
1
= k sin i
2
- Question : Que représente la grandeur k ?
- Le rayon lumineux passe du milieu 1 d’indice n
1
au milieu 2 d’indice n
2
.
- Le coefficient k représente le quotient de l’indice de réfraction du milieu 2 et de l’indice de réfraction
du milieu 1.
- On écrit :
- La deuxième loi de Descartes s’écrit :
n
1
. sin i
1
= n
2
. sin i
2
(1)

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II- Dispersion de la lumière blanche par un prisme.
1)- Le phénomène de dispersion.
- La dispersion de la lumière blanche est la séparation des différentes radiations lors de la réfraction.

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2)- Explication : Schéma.
- Lorsqu’une lumière arrive sur un prisme, elle subit deux réfractions : une sur la face d’entrée et une
sur la face de sortie.
- Deuxième loi de la réfraction : n
1
. sin i
1
= n
2
. sin i
2
(1)
- Le trajet d’une radiation dépend de l’indice du prisme car l’angle d’incidence est le même pour les
différentes radiations qui constituent la lumière blanche.
- Le trajet d’une lumière dans le prisme dépend de sa couleur. Or ce trajet dépend de l’indice du prisme.
- En conséquence, l’indice de réfraction du prisme dépend de la longueur d’onde dans le vide de la
radiation qui le traverse.
- L’indice de réfraction d’un milieu transparent dépend de la longueur d’onde (dans le vide) de la
radiation qui s’y propage.
- Exemple :
Radiation rouge Radiation bleue
Verre ordinaire n
rouge
= 1,510 n
bleue
= 1,520
Eau n
rouge
= 1,330 n
bleue
= 1,336