Physique-Chimie 2de
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1. Constitution et transformations de la matière
Ch. 1
Identification des espèces chimiques
Ch. 2
Composition des solutions aqueuses
Ch. 3
Dénombrer les entités
Ch. 4
Le noyau de l’atome
Ch. 5
Le cortège électronique
Ch. 6
Stabilité des entités chimiques
Ch. 7
Modélisation des transformations physiques
Ch. 8
Modélisation des transformations chimiques
Ch. 9
Synthèse de molécules naturelles
Ch. 10
Modélisation des transformations nucléaires
2. Mouvement et interactions
Ch. 11
Décrire un mouvement
Ch. 12
Modéliser une action sur un système
Ch. 13
Principe d’inertie
3. Ondes et signaux
Ch. 14
Émission et perception d’un son
Ch. 15
Analyse spectrale des ondes lumineuses
Ch. 16
Propagation des ondes lumineuses
Ch. 17
Signaux et capteurs
Méthode
Fiches méthode
Fiches méthode compétences
Annexes
Chapitre 16
Activité 1 - Activité expérimentale

À la découverte de la réfraction

Problématique de l'activité
Lorsqu'elle passe d'un milieu à un autre, la lumière est réfractée : sa direction de propagation change. C'est ce phénomène qui est à l'origine des déformations apparentes que l'on constate lorsque l'on regarde un objet plongé dans l'eau.
Comment décrire mathématiquement le phénomène de réfraction ?

Par intuition

La lumière est-elle déviée de la même façon lorsqu'elle traverse du verre ou de l'eau ?

Doc. 1
Matériel à disposition

  • Source de lumière LASER ;
  • Demi-cylindre de plexiglas sur son disque-support gradué en degrés ;
  • Un logiciel tableur-grapheur.

Doc. 2
Une évolution du modèle de réfraction

Depuis près de 2000 ans, des savants se sont penchés sur le phénomène de réfraction :
  • Ptolémée (vers 90-168) s'intéresse au passage de la lumière de l'air à l'eau et en conclut que l'angle de réfraction augmente avec l'angle d'incidence ;
  • Kepler (1571-1630) affine le modèle en proposant que l'angle d'incidence et l'angle de réfraction sont proportionnels ;
  • Snell (1580-1626) et Descartes (1596-1650) continuent de perfectionner le modèle en énonçant que est proportionnel à ;
  • De nos jours le modèle de la réfraction repose sur la loi suivante appelée loi de Snell-Descartes :
  • .

et sont les indices de réfraction des milieux 1 et 2.
Cela signifie que :
  • dans l'air, l'indice de réfraction est 1,00 et la lumière va à sa vitesse maximale (3,00 108 m/s) ;
  • si l'indice d'un autre milieu est 2,00 alors la lumière se propagera deux fois moins vite dans ce milieu que dans l'air.

Doc. 3
Schéma de l'expérience

réfraction
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Point maths : La proportionnalité

Deux grandeurs sont proportionnelles si le graphique représentant une des grandeurs en fonction de l'autre est une droite passant par l'origine du repère. Ces deux grandeurs ( et par exemple) sont alors reliées par l'égalité , avec qui est une constante (coefficient directeur de la droite linéaire).

Supplément numérique

Découvrez un exemple de mesures d'angles de réfraction en .

Compétences

ANA : Élaborer un protocole
Compétence(s)


REA : Respecter les règles de sécurité
Compétence(s)


Questions
1. Doc. 2 et 3 Quelles mesures faut-il effectuer pour vérifier la loi de Snell-Descartes ?


2. Quelle précaution particulière est à prendre en compte avec l'usage de la source LASER ?


3. Proposer et mettre en œuvre un protocole permettant de vérifier graphiquement la proportionnalité entre et .

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4. À l'aide de la valeur du coefficient directeur de la droite obtenue, déterminer la valeur de l'indice de réfraction du plexiglas.
Synthèse de l'activité
Quelles sont les informations nécessaires pour trouver la valeur de l'angle de réfraction d'un rayon lumineux passant d'un milieu transparent 1 à un autre milieu transparent 2 ?

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