Exercices

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3.1 La réfraction de la lumière
1 a) Quelle est la vitesse maximale de la lumière ?
La vitesse maximale de la lumière est de 299792458m/s, ou 3,0  108m/s.
b) Quelle est cette vitesse en kilomètres par heure ?
La vitesse de la lumière en kilomètres par heure est de 1079252849 km/h, ou 1,1  109km/h.
c) La fusée transportant l’équipage d’Apollo 10 a atteint la vitesse de 39 895 km/h.
Il a alors établi un record pour un véhicule habité. Quel pourcentage de la vitesse
de la lumière cela représente-t-il ?
Cela représente 0,0037 % de la vitesse de la lumière.
2 Lorsque la lumière passe de l’air au verre, sa vitesse ralentit. Qu’arrive-t-il à sa
vitesse lorsqu’elle passe du verre à l’air ?
Sa vitesse augmente.
3 Si vous apercevez une personne qui nage sous l’eau, cette personne peut-elle
aussi vous voir ? Expliquez votre réponse.
Oui, parce que les rayons lumineux sont réversibles.
4 Déterminez la mesure des angles d’incidence et de réfraction d’un rayon lumineux
qui touche perpendiculairement la surface d’un milieu transparent.
L’angle d’incidence est de 0° et l’angle de réfraction est également de 0°.
5 La lumière parcourt 0,80 m en 4,0  109 s dans une substance.
a) Quel est l’indice de réfraction de cette substance ?
b) Indiquez de quelle substance il s’agit en vous référant au TABLEAU 3.3 .
Il s’agit du benzène.
Réponse :
L’indice de réfraction de cette substance est de 1,5.
3. n  c
v
4. n  3,0  108m/s
2,0  108m/s
n  1,5
1. n  ?
2. v  0,80m
4,0  109s
ou 2,0  108m/s
c  3,0  108m/s
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81EXERCICES CHAPITRE 3
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LA RÉFRACTION
3
Exercices | Chapitre

6 La figure suivante montre un rayon lumineux passant de l’air à la glace. Parmi
les rayons A, B, C, D et E, lequel représente correctement le rayon réfracté ?
Le rayon C représente le rayon réfracté.
7 Dans le roman de H. G. Wells intitulé L’homme invisible, le héros se rend invisible
en donnant à son corps le même indice de réfraction que celui de l’air. Expliquez
le principe scientifique derrière cette idée.
La lumière ne dévie pas lorsqu’elle traverse deux milieux possédant le même indice de réfraction.
L’objet nous semble donc invisible. Cependant, pour être invisible, il faudrait en plus que le corps
soit parfaitement transparent.
8 Un rayon lumineux traverse un prisme triangulaire en verre crown.
Air
Glace
A B C D E
A
B
C
D
E
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82 L’O P T IQ U E EXERCICES
3
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a) Sur le schéma, tracez en pointillé la normale, qui passe par le point où le rayon
est réfracté.
b) Parmi les rayons A, B, C, D et E, lequel représente correctement le rayon
réfracté si le prisme se trouve dans l’air ?
Le rayon E représente le rayon réfracté.
c) Si le prisme se trouvait dans l’eau plutôt que dans l’air, quel en serait l’effet
sur le rayon réfracté ?
Le rayon réfracté se rapprocherait de la normale.
d) Pourquoi le rayon n’est-il pas dévié lorsqu’il pénètre dans le prisme en verre ?
Parce que l’angle d’incidence est égal à la normale (ou parce que l’angle d’incidence
est de 0°).
9 Ali remplit deux contenants identiques avec deux liquides transparents différents.
Vu de dessus, l’un des deux contenants paraît plus profond que l’autre. Lequel
contient le liquide ayant l’indice de réfraction le plus élevé ? Représentez la
situation par un dessin et expliquez votre réponse.
Réponse :
Le contenant qui semble le moins profond. Plus l’indice de réfraction est élevé, plus la lumière
provenant du fond sera déviée et moins le contenant paraîtra profond.
Profondeur apparente
Indice de réfraction faible
Profondeur apparente
Indice de réfraction élevé
10 Aglaé dépose un solide transparent sur une table. Un rayon lumineux ayant un
angle d’incidence de 50° est réfracté dans ce solide selon un angle de 30°.
a) Quel est l’indice de réfraction du solide ?
Réponse :
L’indice de réfraction du solide est de 1,53.
4. n2  1,00  sin 50°
sin 30°
n2  1,53
1. n2  ?
2. 1  50°
2  30°
n1  1,00 (indice de réfraction de l’air)
3. n1 sin 1  n2 sin 2
D’où n2  n1 sin 1
sin 2
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83EXERCICES CHAPITRE 3
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LA RÉFRACTION
3
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Réponse :
La mesure de l’angle de réfraction sera de 35°.
4. sin 2  1,00  sin 49°
1,33
sin 2  0,568
2  34,6°
1. 2  ?
2. 1  49°
n1  1,00 (indice de réfraction de l’air)
n2  1,33 (indice de réfraction de l’eau)
3. n1 sin 1  n2 sin 2
D’où sin 2  n1 sin 1
n2
b) Indiquez de quelle substance est fait ce solide en vous référant au TABLEAU 3.3 .
Le solide est probablement fait de verre crown.
11 Anaïs dépose un cube de glace dans un petit bol.
a) Un rayon lumineux traverse ce cube de glace selon un angle de réfraction de 35°.
Quelle est la mesure de l’angle d’incidence ?
Réponse :
La mesure de l’angle d’incidence est de 49°.
4. sin 1  1,31  sin 35°
1,00
sin 1  0,752
1  49°
1. 1  ?
2. 2  35°
n1  1,00 (indice de réfraction de l’air)
n2  1,31 (indice de réfraction de la glace)
3. n1 sin 1  n2 sin 2
D’où sin 1  n2 sin 2
n1
b) Si le cube de glace fond complètement et qu’un rayon lumineux le frappe avec
le même angle d’incidence, quelle sera la mesure de l’angle de réfraction ?
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84 L’O P T IQ U E EXERCICES
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3.2 La réfraction de la lumière dans les lentilles minces
1 Vrai ou faux ? Corrigez les énoncés qui sont faux.
a) Les foyers de deux lentilles différentes ayant le même rayon de courbure
se trouvent nécessairement au même endroit.
Faux. Les deux lentilles pourraient être constituées de matériaux ayant des indices de réfraction
diérents. Par conséquent, leurs foyers ne coïncideraient pas nécessairement.
b) Les foyers de deux miroirs différents ayant le même rayon de courbure
se trouvent nécessairement au même endroit.
Vrai.
c) Plus la vitesse de la lumière dans une lentille est grande, plus cette lentille
a tendance à dévier fortement la lumière.
Faux. Plus la vitesse de la lumière dans une lentille est élevée, plus l’indice de réfraction du verre
de la lentille est faible. Une lentille faite d’une substance dont l’indice de réfraction est faible dévie
moins la lumière qu’une lentille de même forme mais faite d’un verre dont l’indice de réfraction
est plus grand.
2 Didier place une loupe à 22 cm d’une feuille de papier et y fait converger les
rayons du Soleil jusqu’à ce que la feuille s’enflamme. Quelle est la longueur
focale de la loupe ?
La longueur focale de la loupe est de 22cm.
3 Indiquez l’emplacement du foyer de la lentille illustrée ci-dessous, puis décrivez-le
par rapport à la lentille et à l’objet.
Réponse :
Le foyer est situé plus loin de la lentille que l’objet.
F’ F
Image Objet
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LA RÉFRACTION
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