TP 1 Optique géométrique Loi de la réfraction et réflexion totale

Physique – LNW
Travaux pratiques
TP 1
Optique géométrique
Loi de la réfraction et réflexion totale
1.) Objectif
L’objectif de cette première expérience est de redécouvrir la loi de
Descartes relative à la réfraction, de déterminer l’indice de
réfraction du plexiglas et de trouver l’angle d’incidence limite
pour le plexiglas.
2.) Théorie
- Rappeler la loi de Snell-Descartes en expliquant toutes les
grandeurs qui interviennent.
- Expliquer ce qu’on entend par un milieu plus réfringent et un
milieu moins réfringent !
3.) Dispositif expérimental
Pour atteindre l’objectif du T.P., on utilise un demi-cylindre de plexiglas posé sur un disque
gradué en degrés et une source lumière délivrant un étroit faisceau de rayons parallèles :
4.) Manipulations et questions
a) Réfraction
- faire arriver le faisceau incident perpendiculairement à la face plane. Décrire les observations !
- faire varier l’angle d’incidence i1 sur la surface de séparation plane. Mesurer pour chaque
valeur de i1 la valeur correspondante de l’angle de réfraction i2 (12 mesures au moins). Dresser
un tableau de mesures !
Q1) Pourquoi le faisceau qui traverse la face cylindrique du bloc n’est-il pas dévié ?
Q2) Est-ce que toute la lumière tombant sur le dioptre plan subit la réfraction ? Si tel n’est pas le
cas, que se passe-t-il avec cette partie de la lumière incidente et à quelle loi obéit-elle ?
L’intensité de cette partie de la lumière dépend-elle de l’angle d’incidence i1 ?
- rechercher maintenant une relation entre i1 et i2. Pour ce faire, tracer d’abord, à l’ordinateur
(Excel) si possible i2=f(i1). (À la maison, refaire ce graphique sur papier millimétré.)
TP 1 – Réfraction / Réflexion totale
1/2
Q3) Le physicien Kepler jugea que la loi i1=k⋅i2 (k :constante) pouvait assez bien convenir pour de
petits angles. Dans quel intervalle de valeurs de i1 cette loi semble-t-elle valable ?
- toujours à l’ordinateur, calculer ensuite les valeurs de sin i1 et sin i2, puis tracer le graphique
représentant sin i1=f(sin i2) ! ((À la maison, refaire ce graphique sur papier millimétré.) !
Q4) Le graphique obtenu permet-il de proposer une relation linéaire entre sin i1 et sin i2 ?
- faire une régression linéaire pour rechercher le coefficient de proportionnalité de la droite de
régression. Écrire l’équation de cette droite sous la forme y=a⋅x+b.
Q5) Peut-on négliger la valeur de b ?
Nous avons vérifié ainsi la loi de Descartes relative à la réfraction : n1 ⋅ sin i1 = n2 ⋅ sin i2
n
n
⇒ sin i1 = 2 ⋅ sin i2 , équation de la forme y=a⋅x avec y = sin i1 et a = 2 .
n1
n1
- l’indice de réfraction n1 de l’air étant pris égal à 1,00, déduire l’indice de réfraction du
plexiglas ! Déduire ensuit la célérité de la lumière dans le plexiglas.
b) Réflexion totale
- tourner maintenant le disque pour que le pinceau incident arrive d’abord sur la face
cylindrique du bloc de plexiglas.
Q6) À partir de quel angle d’incidence i1L toute la lumière est-elle réfléchie ? Vérifier la valeur
trouvée pour cet angle limite par un petit calcul utilisant la loi de Snell-Descartes !
TP 1 – Réfraction / Réflexion totale
2/2