Dans l’air, la vitesse de la lumière est la même que dans le vide. 1 2 3 plexiglas air. Sachant que l’indice optique de l’air est nair = 1,00 , calculer l’indice optique du plexiglas. MESURES Mesurer les angles de réfration et de réflexion pour les différents angles d’in iden e donnés et reporter « dioptre » - entre l’air et le plexiglas. Mise en place du montage : - alimenter la source lumineuse avec un générateur fournissant une tension continue de 12 V. - à l'aide des vis de réglage, ajuster la position du rayon lumineux sur le disque gradué pour qu'il soit confondu avec l'axe 0° - 0°. L'indice de réfraction est parfois appelé « constante optique » d'un matériau, ce qui est un abus de langage, puisqu'il est à la fois variable selon des grandeurs qui lui sont … 1 La vitesse de la lumière dans l'air est la même que celle dans le vide. Le demi-cylindre est un bloc de plexiglas. b) Dans le cas de la réfraction plexiglas – air: i < r (tant que i < 42°). En déduire la deuxième loi de Snell-Descartes sur la réfraction. Le Plexiglas® est un milieu transparent d’indice de réfraction théorique suivant la fabrication pouvant varier de 1, 4 à 1,7. Faire un schéma de la situation en faisant apparaître les rayons incident et réfracté, le point d’incidence I, les angles d’incidence i air et de réfraction i plexiglas. ─ Rechercher l’angle de rélfexion totale i l. III. La vitesse de la lumière dans le Plexiglas est 2.1.2. On montre ainsi, en faisant l'hypothèse que pour le rayon incident, on a une lumière naturelle mélange de 50 % de lumière polarisée parallèle et de 50 % de lumière polarisée … Un rayon lumineux arrive dans l’air sur un hublot de plexiglas d’un sous-marin. On vérifie la loi 2.1. Les graduations angulaires du disque permettent de mesurer les angles d’in iden e i 1, de réflexion i 1’ et de réfraction i 2. On trouve dans la table CRM que l'indice de réfraction du plexiglas vaut nplexiglas = 1,49. Transcription . Quelle est la nature des rayons (SI] et [IR) ? 6) On appelle indice de réfraction d'un milieu par rapport à l'air, le rapport n2 = sin i1 / sin i2 Déterminer l'indice de réfraction du plexiglas par rapport à l'air (vous pourrez vous servir de la courbe L’angle i est l’angle d’ et l’angle r est l’angle . Les angles d'incidence i1 et de réfraction i2 sont liés par la relation N1.sin(i1) = N2.sin(i2). Notre but est de vérifier de façon expérimentale la loi de Snell-Descartes de la réfraction, ce qui signifie que nous allons prouver cette loi par la réalisation d'une expérience en conditions réelles. Etape 3: On allume la source lumineuse. Remarque˜: Le coffret permet bien de retrouver la deuxième loi de la réfraction (n 1.sin î 1 = n 2.sin î 2), mais comme dans les montages habituels, en toute rigueur, on ne prouve pas la première loi. Qu’observez-vous ? Fanny réalise une étude expérimentale de la réfraction à l’aide d’un demi-cylindre en Plexiglas. Exercice 1 : Réalise la légende du shéma en utilisant les mots suivants : angle d’inidene, angle de éfation, ayon inident, ayon éfaté, intefae (ou diopte) , nomale à l’intefae. Le rayon (SI] est le rayon , le rayon [IR) est le rayon . Réfraction plexiglas - air: a) Dans le cas de la réfraction air - plexiglas, i > r . Pour différentes valeurs de l’angle d’incidence i 1, mesurer l’angle de réfraction i 2 dans le plexiglas. Exp : un rayon incident dans l’air d’indice n 1 (provenant d’une lampe + une fente) arrive sur un demi disque en plexiglas d’indice n 2. En général, l'indice de réfraction est un nombre complexe, dont la partie imaginaire indique la force des pertes par absorption. étudier la réfraction d’un faisceau lumineux à la . Objectif. 1)- Passage du milieu 1 (l’air) au milieu 2 (le Plexiglas). doc zz. les angles d'incidence i dans l'air et de réfraction r dans le Plexiglas. Données : indice de l’air : n air = 1,0 ; Indice du plexiglas … On donne quelques indices de réfraction de milieux dans le tableau ci-dessous : milieu air eau pure plexiglas eau salée (350 g/L) eau sucrée (850 g/L) alcool pur indice n 1,0 1,33 1,50 1,40 1,49 1,36 1. On étudie cette fois la réfraction entre le plexiglas et l’air au point I2. Le réfractomètre La détermination de l'indice des liquides est une méthode d'analyse indirecte très utilisée dans l'industrie. Celui de l’air est n = 1. Un rayon laser traversant l'air de la gauche vers la droite est envoyé sur un bloc de plexiglas (hémicylindre). Détermination d'un indice de réfraction (plexiglass). Par exemple, la vitesse de la lumière dans le plexiglas est 1,5 fois plus faible que dans le vide. Répondre aux questions du §1. Exemple : la paroi d'un aquarium est un dioptre séparant l'eau de l'air. Protocole expérimental : 1. sans être dévié. II- Étude expérimentale de la réfraction. 1)- Définition. - La réfraction est le passage de la lumière d'un milieu transparent dans un autre. - Elle provoque le plus souvent un changement de la direction de la propagation de la lumière. 2)- Première loi de DESCARTES - SNELL. Compléter le schéma, sans respecter la valeur de l’angle, en indiquant si le rayon s’écarte ou s’éloigne de la normale. IV- Application. le plan d'incidence. 0 0 30 30 30 30 60 60 60 60 90 90 r i E I A B Fig.III.4 En déduire la valeur du coefficient de réfraction du Plexiglas. À partir de l’équation de la droite obtenue et après avoir arrondi les valeurs en ne gardant que deux chiffres significatifs, en déduire la valeur de l’indice de réfraction n. plexiglas du plexiglas. Constater que le faisceau se réfléchit ensuite totalement sur chaque dioptre plexiglas-air et qu’il ne peut ressortir que par l’autre extrémité, semblant ainsi guidé par la lame. D’autre part, avec un dispositif expérimental classique « air/demi-disque de plexiglass® » ou « air/demi-disque rempli d’eau », il est possible de valider les valeurs fournies par le programme en les confrontant à celles mesurées expérimentalement. Rappeler les lois de Snell-Descartes pour la réfraction. Rappel: plexiglass n = 1,5 air n = 1,0003 Deux cas suivant le sens du passage de la lumière: - d'un milieu moins réfingent dans un milieu plus réfringent, - d'un milieu plus réfringent dans un milieu moins réfringent (reflexion totale, angle limite). Pour différentes valeurs de l’angle d’incidence i 1, mesurer l’angle de réfraction i 2 dans le plexiglas. air = 1.00 indice de réfraction plexiglas : n plexiglas = 1.51 1. Comparer i 1 et i 2. L’indice de réfraction est nombre sans unité supérieur ou égal à 1. Un laser se propageant dans l'air éclaire un demi-cylindre de plexiglas. SL1 Comment dévier la lumière ? La réfraction plexiglas – air ─ Commenter « le plexiglass est plus réfringeant que l’air, le rayon réfracté se rapproche de la normale ». Il arrive avec un angle d’incidence i=15° sur l’interface diamant/air. réfraction air – plexiglas et la première relation du document 1 ci-dessous. L'ensemble et-normale Rayon incident dioptre 2 1 I i1 Le dioptre est la surface de séparation entre les deux milieux transparents. Cela peut provoquer une courbure des rayons lumineux. Tracer le rayon lumineux avant qu’il ne pénètre dans le Plexiglas en A et placer les angles d’incidence et de réfraction plexi et air en A. Rappeler les 2 lois de Descartes sur la réfraction. Donner sa valeur i2. Quelques exemples de valeurs d’indices de réfraction. 2. * Créez les variables et (en °). REA VAL 0° 0° 90° 90° diode laser 0° 0° 90° diode laser 2. Exemple : la paroi d'un aquarium est un dioptre séparant l'eau de l'air. Entrer; Enregistrement; Explorer . On réalisera un schéma. Un rayon de lumière rouge (en noir sur le schéma) issu d’une source laser et se propageant dans l’air, arrive sur la face plane d’un demi-cylindre de plexiglas. Cette « fracture » apparente est à l'origine du mot « réfraction ». Exemple pour i (dans l'air) = 50°, r (dans le plexiglas) = 30° pour i (dans l'air) = 50°, r (dans l'eau) = 35 °. Le Plexiglas est-il plus réfringent que l’air ? Identifier les milieux 1 et2. Détermination de l’indice du plexiglas Suite à votre travail du III, déterminez l’indice de réfraction du plexiglas, sachant que celui de l’air vaut 1,00. Par exemple, la vitesse de la lumière dans le plexiglas est 1,5 fois plus faible que dans le vide. sin(r), pour cela nous allons donc calculer l’indice de réfraction du Plexiglas® pour ainsi déterminer l’angle limite plexi-air Quel est l'indice de réfraction du Plexiglas ? - L'angle de réfraction est plus grand que l'angle d'incidence : i 1 < i 2. - Si l'on augmente la valeur de l'angle d'incidence i 1, on remarque que lorsque dépasse i 1 une certaine valeur, on n'observe plus de rayon réfracté (ici, i 1 ≈ 42 °). - Cet angle est appelé : angle de réfraction limite i 1 ≈ 42 °. Toute la lumière est ... plexiglas i 1 i 2 Rayon lumineux Document 2 : Indice de réfraction (propre à chaque milieu) Un indice de réfraction est caractéristique d’un milieu transparent et homogène. Etape 1 Rappeler la seconde loi de Snell-Descartes (ou seconde loi de la réfraction) On rappelle la seconde loi de Snell-Descartes (ou seconde loi de la réfraction). Il va traverser ce hublot avant d’entrer dans l’eau (voir schéma). Comparer i 1 et i 2. Seconde loi de Descartes. A partir du point Calculer l’indice de réfraction du Plexiglas. – la réfraction plexiglas-air, la réfraction limite et la réfl exion totale. Des milieux transparents : l’air et le Plexiglas® Le Plexiglas est un milieu plus dense que l’air. Etape 1: On sélectionne le matériau du second milieu pour que celui-ci soit de l'air et celui du premier pour qu'il soit du verre. • Le Plexiglas® est un milieu plus dense que l’air. Etape 2: On déplace le raporteur pour que la base (ligne des 90°) soit sur le dioptre. Il dépend de la longueur d’onde, de la température, de la pression, de l’hygrométrie et de la composition chimique. Il existe une loi de la réflexion entre i1 et r en effet i1 = r 3.) Calculer l’angle de réfraction r avec lequel les rayons rouge repassent dans l’air. c) La valeur limite de l'angle d'incidence notée il à partir de laquelle il n'y a plus de réfraction mais seulement réflexion du faisceau incident est: il ll l = == = 42 °. Un médecinutilisant un endoscope. Air Diamant Déterminer à l'aide du schéma l'indice de réfraction du diamant. Il est possible de calculer pour quel angle d'incidence cette valeur sera atteinte. Pour r = 90° , j'applique la deuxième loi de Descartes avec cette fois-ci : n 1 indice de réfraction du milieu 1 le plexiglas (1.5) et n 2 indice de réfraction du milieu 2 l'air (1) degré près : i1 = 36° (1 point) 9 Repérer sur le schéma l'angle de réfraction noté i2. 3. Quel est l’angle de réfraction pour un angle d’incidence de 0° 2.2.2. La valeur trouvée est conforme / non conforme (rayer la mention inexacte) aux normes de fabrication. Réfraction et réflexion totale formation 2006 6/9 12/ On classe les milieux, du moins réfringent au plus réfringent : l’air, l’eau, le plexiglas. Passage de la lumière de l'air vers le plexiglas Protocole expérimental : a. Placer le demi-disque de plexiglas , et tourner sa face plane vers la lanterne. Exercice 1 : l’indice de réfraction du plexiglas est n1=1,5. (Si le temps le permet). Un rayon lumineux se propageant dans l'air est dirigé avec un angle d'incidence de 30° vers un demi-cylindre de Plexiglas dont il émerge avec un angle de réfraction de 20°. Exemples de valeurs : Milieu Indice de réfraction Air n air = 1,00 Eau n eau = 1,33 Verre/plexiglas n verre = 1,50 Diamant n diamant = 2,42 Étude de la réfraction air-plexiglas : On repèrera les rayons lumineux par rapport à l’axe perpendiculaire à la surface de séparation des 2 milieux (la normale). Dans l’air, la vitesse de la lumière est la même que dans le vide. Étudier l’influence du milieu transparent sur la réfraction. On étudie la réfraction de la lumière lorsqu'elle passe de l'air au Plexiglas : Les mesures donnent le graphique suivant : La 2 e loi de Snell-Descarte est bien vérifiée puisque le graphique est une droite qui passe par l'origine, d'équation \sin\left(i\right)=a\times\sin\left(r\right) . La réfraction plexiglas – air ─ Commenter « le plexiglass est plus réfringeant que l’air, le rayon réfracté se rapproche de la normale ». Dessiner sur un schéma l’angle d’incidence i 1 et l'angle de réfraction i 2 lorsque le rayon pénètre dans le cylindre. réfraction est, pour un même angle d'incidence, plus prononcée. les deux milieux air/plexiglas et en partie réfracté dans le plexiglas. Deux versions : avec papier millimétré et … Un milieu est d’autant plus dispersif que sa constringence est faible. À chaque interface, il faut calculer l'intensité de la lumière transmise et de la lumière réfléchie pour chaque type de polarisation en utilisant les relations de Fresnel. 90 06 i (en 0) r (en 0) 15 10 25 35 23 45 29 55 34 Données Indices de réfraction 1.2. On vérifie la loi 2.1. Exp : un rayon incident dans l’air d’indice n 1 (provenant d’une lampe + une fente) arrive sur un demi disque en plexiglas d’indice n 2. 8 Repérer sur le schéma l'angle d'incidence noté i1. On s'intéresse à la réfraction sur le dioptre plexiglas-air. Calculer l’angle de réfraction air lorsque le rayon passe du Plexiglas dans l’air en B. Placer sur le croquis le rayon réfracté en B et l’angle plexi 2. sin(i2) est toujours plus petit que sin(i1). Le réfractomètre La détermination de l'indice des liquides est une méthode d'analyse indirecte très utilisée dans l'industrie. L’air et le plexiglas sont 2 milieux transparents comme les 2 milieux transparents de la fibre optique. Description. diamant à l’air. C'est le phénomène de réflexion totale. On étudie la réfraction de la lumière lorsqu'elle passe de l'air au Plexiglas : Les mesures donnent le graphique suivant : La 2 e loi de Snell-Descarte est bien vérifiée puisque le graphique est une droite qui passe par l'origine, d'équation \sin\left(i\right)=a\times\sin\left(r\right) . (Estimer les incertitudes-types des deux angles mesurés () et ) et les exprimer en radian. Le rayon (SI] est le rayon , le rayon [IR) est le rayon . Remarque˜: Le coffret permet bien de retrouver la deuxième loi de la réfraction (n 1.sin î 1 = n 2.sin î 2), mais comme dans les montages habituels, en toute rigueur, on ne prouve pas la première loi. Milieu incident moins réfringent (N1 < N2) i1 peut varier entre 0° et 90°. - indice de réfraction de l’air : N = 1,000 - indice de réfraction du Plexiglas pour une radiation monochromatique jaune : Nj = 1,485 - indice de réfraction du Plexiglas pour une radiation monochromatique violette : Nv = 1,500 On envoie, en un point I de la surface plane d’un hémi-cylindre de Plexiglas, un mince faisceau parallèle de lumière monochromatique jaune . se propage dans le plexiglas avant de rencontrer le dioptre plan et de passer dans le milieu 2 qui est l’air d’indice de réfraction n2 =1,0 ⇒ n1 x Sin 23° = 1,0 x Sin 36° ⇒ n1 x Sin 23° = 1,0 x Sin 36° l’indice de réfraction du plexiglas a donc pour valeur n1 = 1,0 x Sin 36° / Sin 23° = 0,59 / 0,39 = 1,5 - La réflexion totale se produit lorsque l'angle d'incidence est supérieur à une valeur limite i l = λ telle que : . réfraction. - Cet angle est appelé : angle de réfraction limite i 1 ≈ 42 °. MESURE D’UN INDICE DE REFRACTION : 2 ème loi de Descartes en réflection d) Le phénomène de réfraction est le cjhnagement de direction d'un faiseceau lumineux à la traversée d'un dioptre. Nombre d’Abbé (ou constringence) : F C d d n n n 1 − − ν= La constringence donne une mesure de la dispersion d’un milieu. Elle subit donc une réfraction sur le dioptre air – plexiglas. Utilisation de Regressi: * Cliquez sur Fichier \ Nouveau \ clavier (La fenêtre ci-contre apparaît). L’indice de réfraction, noté n, rend compte de cette différence de vitesse. surface de séparation de deux milieux transparents. Exercice 1 : Réfraction sur un dioptre air-plexiglas Un projecteur envoie un rayon de lumière rouge au point P de la surface d'un demi- cylindre en plexiglas selon la situation schématisée ci-dessous. 2. À chaque interface eau-air, il y a un rayon réfléchi et un rayon réfracté. Réfraction plexiglas - air: a) Dans le cas de la réfraction air - plexiglas, i > r . 4. On dit que l’indice de réfraction du plexiglas vaut n = 1,5. ex 1 réfraction à travers le plexiglas . Quelle est la nature des rayons (SI] et [IR) ? Le mot incident vient du latin incidere, tomber sur. sur la réfraction. Quel phénomène peut-on ainsi mettre en évidence ? Il montre que les mesures sont compatibles avec la loi de Descartes et détermine l’indice de réfraction du plexiglas®. 1. La lumière est déviée lorsqu'elle passe d'un milieu transparent à un autre (par exemple : de l'air à l'eau, ou le contraire…).C'est ce phénomène qu'on observe lorsque l'on regarde une paille dans un verre : celle-ci paraît brisée. Quel est l'indice de réfraction du Plexiglas ? 1 2 3 plexiglas air. Analyser des résultats expérimentaux, les confronter à des résultats théoriques TP 1 : interpréter la série de mesures effectuées pour établir la proportionnalité entre sini et sinr . Puis calculer : 2 1 sin i sin i L’indice de réfraction du plexiglas est n’ = 1,5. IV. Calculer la célérité c1 de la lumière dans le plexiglas. direction. réfraction dans le plexiglass. Chapitre 2 (suite): Lois de Snell-Descartes : réfraction 7 Lois de Snell-Descartes : Réfraction 1. De telles pertes peuvent être particulièrement importantes, par exemple pour les métaux aux longueurs d'onde courtes — visible le plus souvent — et doivent être incluses dans la description de l'indice de réfraction. Exemples : L'air : n= 1,0 L'eau : n= 1,33 Le plexiglas : n=1,5 Le verre : n=1,6 Exemple : un rayon lumineux passe de l'air dans l'eau selon le schéma : Le rayon qui traverse le premier milieu (noté milieu 1 d'indice n1) est appelé rayon incident. Étude de la réfraction de la lumière : Seconde loi de Descartes But du TP: Étudier expérimentalement une des lois de Snell-Descartes sur la réfraction. L'animation montre la trajectoire d'un rayon lumineux à la traversée de ce dioptre. On atteint la limite de réfraction quand r vaut 90°. On en déduit la vitesse de la lumière dans le plexiglas : V = c nplexiglas = 3,00⋅108 [m/s] 1,49 =2,01⋅108 [m s]. On dit que l’indice de réfraction du plexiglas vaut n = 1,5. C’est un nombre sans unité : - l’indice de réfraction de l’air est : n 1 = 1,0 - l’indice de réfraction du plexiglass est : n 2 2 = 1,5 Angle i i = 20° Angle i L’indice de réfraction, noté n, rend compte de cette différence de vitesse. Justifier la réponse. TP4 : Fibres optiques. Comment appelle-t-on les angles i et r ? Dans l’air c(air) = c0 = 3,0.108 m.s–1. download Plainte . En déduire la vitesse de propagation de la lumière dans le plexiglas (donnée : vitesse de propagation de la lumière dans l’air : … - Remarque : le milieu 1 (l’air) est moins réfringent que le milieu 2 (le Plexiglas). Ave l’aord de l’enseignant, réaliser le protoole pré édent et aluler la val eur de l’indie de réfration du plexiglas. Enfin, l’élève met en évidence la réflexion totale et l’angle limite correspondant. En effet, l’indice de réfraction de l’air augmente lorsque la température diminue. b°) Définition et lois de la réfraction: i1: angle d'incidence i2: angle de réfraction. milieu (ici le verre d’indice n 2=n) ; par l’indice de réfraction du premier milieu (ici l’air d’indice n 1=1). 2.) 3. L’angle d’incidence vaut i = 60°. Exercices leçon 22: La réfraction de la lumière. Modélisation mathématique 2.2.1. Le dioptre plan Un dioptre est une surface de séparation entre deux milieux d'indices différents. Manipulons la figure... Un dioptre sphérique est la surface (sphérique) de séparation de deux milieux transparents d'indices différents.