Déviation de la lumière: T.P. N°2: Vérifier les lois de la réfraction .

Auteurs: Daniel GENELLE (Maths-Sciences) (Optimisé pour Mozilla Firefox.)

Pour pouvoir lire les mots de vocabulaire cachés (fond jaune), il suffit de passer la souris sur le mot.

I) Ojectif:
II) Matériel:
III) Données :
IV) Protocole expérimental :
V) Observations :
VI) Explications :

Site d'entrainement La déviation de la lumière
Il faut utiliser ce site de l'Université du Colorado qui fournit des simulations interractives pour les sciences et pour les maths. Ce site nous permettra de faire l'expérimentation.

I) Objectif :

L’objectif de ce T.P. est de vérifier les lois de la réfraction. On vérifiera dans ce T.P. la seconde loi de la réfraction.

II) Matériel :

Une source lumineuse
Un disque gradué
Un demi-cylindre transparent en verre. (Le plexiglas n'étant pas prévu dans le simulateur)

Pour le travail en ligne: La déviation de la lumière

III) Données :

a) Première loi de la réfraction :

Le rayon incident, le rayon réfracté et la normale à la surface réfléchissante au point d’incidence I sont dans un même plan.

b) Seconde loi de la réfraction :

Les sinus des angles d’incidence et de réfraction sont inversement proportionnels au indices de réfraction n₁ et n₂ des milieux de propagation.

sin i
━━━

sin r

=

n₂
━━━

n₁

.

IV) Protocole expérimental :

Il faut lancer l'application : La déviation de la lumière et choisir Intro.

Le premier milieu est l'air, on voudrait que le deuxième milieu soit le verre.Pour les étapes 1 à 4 on se réfère au schéma ci-dessous.)
Etape 1: On sélectionne le matériau du second milieu pour que celui-ci soit du verre.
Etape 2: On déplace le raporteur pour que la base (ligne des 90°) soit sur le dioptre. La ligne passant par les 0° doit se située sur la normale au dioptre.
Etape 3: On allume la source lumineuse.
On obtient trois rayons, un rayon incident i, un rayon réfléchi i' et un rayon réfracté r.
Etape 4: On déplace le lazer de façon à obtenir un angle incident i = 10°.(Ceci permet de controler le bon placement du rapporteur en regardant l'angle du rayon réfléchi.)

Mesurer de façon très précise les angles réfractés pour les valeurs demandées dans le tableau puis faire les calculs. Pour calculer les sinus, on utilise la fonction sinus de sa calculatrice. Il faut cependant verifier que celle-ci est bien en degrés (voir ci-dessous).

Aide: Il n'est pas évident avec le logiciel de se positionner exactement sur un angle, pensez que l'angle réfléchi a la même valeur que l'angle incident. Il est plus facile d'observer la position du rayon en regardant l'angle réfléchi...

V) Observation :

L’indice de réfraction de l’air est n₁ = 1, celui du verre est n₂ = 1,5.

Remplir le tableau suivant donnant l'angle réfracté r à partir de l'angle incident i, puis faire les calculs.  (Attention à la précision, ne mettre que des nombres dans le tableau. Un bouton correction permettra de corriger chaque ligne.)
       Les erreurs sont mises en évidence par la couleur rouge donnée à celles-ci...

          i (en degré)       10       20       30       40       50       60

   r (en degré)

   sin i (au millième)

   sin r (au millième)



sin i
━━━

sin r

(au millième)

   n₁ x sin i (au millième)

   n₂ x sin r (au millième)

Compléter les phrases.  (Attention à la précision.)
             Les erreurs sont mises en évidence par la couleur rouge donnée à celles-ci...

Calculer la moyenne des rapports

sin i
━━━

sin r

, que peut-on dire de ces rapports ?

Le rapport

sin i
━━━

sin r

moyen = (Arrondir au millième). Aux erreurs de mesures près, le rapport moyen

sin i
━━━

sin r

est 1,5.

Que peut-on dire des produits n₁ x sin i et n₂ x sin r ?

Aux erreurs de mesures près, les produits n₁ x sin i et n₂ x sin r sont .

En conclusion, si l'on suppose ne pas avoir fait d'erreur, il est possible de dire que les produits n₁ x sin i et n₂ x sin r sont .

VI) Explication :

Les sinus des angles d’incidences i et de réfraction r sont inversement proportionnels aux indices de réfraction n₁ et n₂ des milieux de propagation, donc

sin i
━━━

sin r

=

n₂
━━━

n₁

.

☺Lorsqu’un rayon lumineux traverse un milieu moins réfringent d’indice n₁ vers un milieu plus réfringent d’indice n₂, on obtient la relation entre les deux milieux, l’angle d’incidence i et l’angle de réfraction r:

n₁ x sin i = n₂ x sin r