TP U2 LA REFRACTION DE LA LUMIERE OBJECTIFS : • Rappeler

TP U2
LA REFRACTION DE LA LUMIERE
OBJECTIFS :

Rappeler les notions abordées dans la partie précédente (fibre optique)

Proposer une interprétation de la décomposition de la lumière blanche

Approche historique de découvertes scientifiques
I.
UN PEU D'HISTOIRE
Robert Grossetête (maître des études à l’université d’Oxford, 1168-1253)
Il fut l’un des pionniers de la méthode expérimentale moderne en affirmant que l’expérimentation était
le meilleur moyen d’étudier la réflexion et la réfraction de la lumière. La loi de la réfraction qu’il avait
proposé est que l’angle d’incidence est égal au double de l’angle de réfraction
Johannes Képler (physicien allemand, 1571-1630)
Ce savant proposa une relation de proportionnalité entre les angles d'incidence et de réfraction pour
des valeurs d’angles petites.
René Descartes (philosophe et savant français, 1596-1650)
La loi qu’il donne repose sur des résultats expérimentaux mais a également un caractère théorique. Elle
fait intervenir la fonction trigonométrique sinus. Il existe une relation de proportionnalité entre les
sinus des angles d'incidence et de réfraction
Questions:
Traduire les études des trois physiciens en trois relations mathématiques dans le tableau suivant:
Physiciens
Relations mathématiques
Robert Grossetête
Johannes Kepler
René Descartes
II.



i1 ( ° )
ETUDE EXPERIMENTALE:
Allumer la source lumineuse
Tourner le disque afin que le faisceau lumineux
passe de l’air dans le demi-cylindre de plexiglas
par sa face plane (voir figure) et coïncide avec l’axe
(0°-0°).
Pour différentes valeurs de l'angle d'incidence i1,
relever la valeur de l'angle de réfraction i2 et
compléter le tableau suivant.
0
10
i2 ( ° )
III.
EXPLOITATION
1. Loi de Robert Grossetête:
1) Compléter la ligne suivante:
2×i2(°)
20
30
35
40
50
60
70
80
2)
En comparant avec l'étude expérimentale, conclure sur la validité de la loi.
2. Loi de Johannes Kepler
D'après la loi mathématique de ce modèle établie dans le II, quelle devrait être l'allure du graphe i2 = f(i1) ? Justifier.
1)
2)
On a tracé avec un logiciel informatique i2 = f(i1) pour les valeurs expérimentales réalisées dans le II. Conclure sur la
validité de la loi.
i2 = f ( i 1 )
r
i2 (°)
40
35
30
25
20
15
10
5
0
0
1)
10
20
30
40
50
60
70
80
90
3. Loi de René Descartes:
A l'aide des mesures réalisées dans le III, compléter les deux lignes suivantes:
sin i1
sin i2
2)
Tracer, sur papier millimétré, le graphe sin i1 = f(sin i2). Quelle est l'allure du graphe ? Donner alors une relation
mathématique entre sin i1 et sin i2 traduisant cette allure.
3)
Conclure sur la validité de la loi de René Descartes.
4)
Le coefficient de proportionnalité entre sin i1 et sin i2 s'appelle indice de réfraction du plexiglas. On le note nplexi.
Déterminer sa valeur.