TP Refraction de la lumiere

TP : La Réfraction de la lumière
Objectifs: découvrir la loi de la réfraction de la lumière.
QCM :
1. Comment se propage la lumière dans le vide et dans les milieux
transparents ?
-de façon circulaire
-en ligne droite
-en zigzags
2. Pourquoi voit-on un objet ?
-il émet de la lumière
-il réfléchit de la lumière
-il est solide
3. À quelle vitesse se déplace la lumière dans le vide et dans l’air ?
-3,0x108 m/s
-2,26x105 m/s
-2,0x105 m/s
-2,7x107 m/s
I. A la découverte du phénomène de réfraction
Placer une paille dans un verre d’eau.
a. Qu’observez-vous ?
b. A votre avis, pourquoi ?
Levez la main pour faire valider vos réponses
II. A la recherche d’une loi mathématique
Deux savants ont cherché à traduire le phénomène de réfraction de la lumière
par une loi mathématique entre l’angle d’incidence i (angle que fait le rayon
incident avec la perpendiculaire à la surface de séparation) et l’angle de
réfraction r (angle que fait le rayon réfracté avec la perpendiculaire à la surface
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de séparation)
Pour Johannes Kepler, astronome allemand (1571-1630), l’angle d’incidence
est proportionnel à l’angle réfracté tant que les angles restent petits.
Pour René Descartes, philosophe, mathématicien et physicien français (1596
– 1650), c’est le sinus de l’angle réfracté qui est proportionnel à l’angle
d’incidence.
Vous allez cherchez lequel de ces 2 savants avait raison.
Vous disposez sur votre table d’une source de lumière type laser, d’un disque
graduée avec un demi-cylindre en matière transparente.
A l’aide du matériel que vous avez sur votre table, proposer un protocole
expérimental pour savoir lequel des 2 savants avait raison.
Levez la main quand vous pensez avoir trouvé un protocole expérimental.
Réaliser le montage suivant :
Levez la main pour qu’un étudiant vienne vérifier que vous avez bien
compris l’utilisation du dispositif.
Faire varier l’angle d’incidence I de 10° en 10° en commençant par i=0 et
mesurer les valeurs de l’angle de réfraction r qui lui correspond.
Vous placerez vos valeurs dans le tableau ci-dessous :
i (°)
0
70
r (°)
Sin i
Sin r
a. Quand l’angle d’incidence i est égal à 0, qu’observez-vous ?
b. A partir de quel angle d’incidence, ne voit-on plus de rayon réfracté ?
c. Tracer le graphique r = f(i). En observant la courbe obtenue, pouvez-vous
conclure que l’angle d’incidence i et l’angle de réfraction r sont
proportionnels, comme le propose Johannes Keppler ? Pourquoi ?
d. Remplissez les lignes 3 et 4 du tableau ci-dessus en calculant sin i et
sinr.
e. Tracer le graphique sin r = f(sin i). En observant la courbe obtenue,
pouvez-vous conclure que le sinus de l’angle de réfraction r est
proportionnel au sinus de l’angle incidence i ,comme le propose René
Descartes ? Pourquoi ?
Conclusion : Lequel des 2 savants avait raison ?