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Exercices




Savoir-faire - Parcours d'apprentissage

Connaître et exploiter les lois de Snell-Descartes :
10
22
24

Savoir décrire et expliquer qualitativement le phénomène de dispersion :
14
DIFF
26

Savoir obtenir graphiquement l’image d’un objet par une lentille :
15
21
25

Pour s'échauffer

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5
Relation de Snell-Descartes

Énoncer les lois de Snell-Descartes pour la réfraction.


6
Isoler une grandeur

Dans la relation de Snell-Descartes pour la réfraction, isoler la grandeur n2n_{2}.

La calculer dans le cas où n1=n_{1}= 1,00, i1=i_{1}= 60° et i2=i_{2}= 45°.


7
Une histoire de vitesse

L’eau possède un indice de réfraction neau=n_{\text{eau}}= 1,33 alors que celui du plexiglas est nplexiglas=n_{\text{plexiglas}}= 1,49.

Dans lequel de ces deux milieux la lumière se propage-t-elle le plus rapidement ?
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8
Réflexion sur un miroir

Reflet Soleil


Donner l’angle de réflexion d’un rayon lumineux arrivant sur un miroir avec un angle d’incidence de 30°.


9
Réfraction

Sur le schéma ci-dessous, légender les rayons incidents et réfractés ainsi que les angles d’incidence, de réfraction et la normale au dioptre.

Réfraction

Supplément numérique
A
L’œil

Par quel schéma simple peut-on modéliser l’œil ? Énoncer toutes les correspondances œil/modèle.

Pour commencer

Réfraction et réflexion de la lumière

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10
Schéma global de la réfraction

APP : Faire un schéma

On cherche à tracer le trajet de la lumière au passage de l’air à l’huile d’indice nhuilen_{\text {huile}}. L’angle d’incidence est i1=i_{1}= 45°.

1. Faire le schéma global de la situation.
Couleurs
Formes
Dessinez ici


2. Déterminer l’angle de réfraction i2i_{2} et l’angle de réflexion rr.


Données

  • Indice de l’air : nair=n_{\text {air}}= 1,00 ;
  • Indice de l’huile : nhuile=n_{\text {huile}}= 1,47.
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11
D’où ce rayon vient-il ?

MATH : Résoudre une équation

On observe un rayon réfracté dans l’eau (neau=n_{\text {eau}}= 1,33) avec un angle de réfraction de 25°.

Quel est l’angle d’incidence si le rayon incident est dans l’air (nair=n_{\text {air}}= 1) ? Et dans l'huile (nhuile=n_{\text {huile}}= 1,47) ?
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12
Retrouver l’indice optique du milieu

APP : Extraire l’information utile

Un rayon incident dans l’air est réfracté par un milieu d’indice n2n_{2} à déterminer.

Indice optique

1. Exprimer n2n_{2} en fonction de nairn_{\text {air}}, i1i_{1} et i2i_{2}.



2. En déduire la valeur de n2n_{2} en s'appuyant sur le schéma.

Dispersion de la lumière

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13
Décomposer la lumière

APP : Maîtriser le vocabulaire

1. Avec quel dispositif peut-on décomposer une lumière polychromatique ?


2. Que signifie le terme milieu dispersif ?


3. Citer un exemple de milieu dispersif et un exemple de milieu non dispersif.
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14
Quel est le milieu le plus dispersif ?

VAL : Appliquer une relation entre grandeurs physiques

Voici quelques valeurs d’indices de réfraction pour l’air, le verre crown et le verre flint éclairés par des lumière de longueurs d’onde différentes : 656 nm, 589 nm et 486 nm.



Longueur d’onde 486 mm 589 mm 656 mm
Air 1,00 1,00 1,00
Verre crown 1,522 1,517 1,514
Verre flint 1,682 1,666 1,658
1. Quels sont les milieux dispersifs parmi les trois proposés ?


2. Lequel est le plus dispersif ?

Lentilles convergentes et modèle de l’œil

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15
Que font ces rayons lumineux ?

ANA : Élaborer un protocole

Reproduire et compléter le tracé des rayons lumineux ci-dessous.

Rayons lumineux

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16
Modèle réduit de l’œil

APP : Faire un schéma

L’œil est un instrument d’optique très complexe qu’on modélise à l’aide de trois outils.

Modèle réduit de l’œil


Faire les schémas de l’œil et de son modèle. Légender chaque schéma avec les trois éléments importants participant à la formation de l’image.
Couleurs
Formes
Dessinez ici


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17
Trouver la position de l’image

VAL : Appliquer une relation entre grandeurs physiques

On souhaite tracer l’image d’un objet par une lentille convergente. Cette lentille possède une distance focale f=f^{\prime}= 20 cm. L’objet AB\text{AB} est situé sur l’axe optique de la lentille et perpendiculaire à celui-ci, et sa hauteur est AB=\overline{\mathrm{AB}}= 10 cm. 1 cm sur le schéma correspond à 10 cm dans la réalité.

Les réponses des questions 1 à 3 sont à donner dans le champs de réponse de la question 3.

1. Tracer l’axe optique, la lentille et les trois points caractéristiques de la lentille sur un schéma.

2. L’objet étant situé à 60 cm de la lentille, le placer sur le schéma en respectant l’échelle.

3. Tracer les trois rayons caractéristiques et trouver l’image de l’objet par la lentille.
Couleurs
Formes
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4. À quelle distance de la lentille se trouve l’image ? Quelle est sa taille ?


5. Calculer alors le grandissement de cette lentille.


Une notion, trois exercices


DIFFÉRENCIATION
Savoir-faire : Connaître et exploiter les lois de Snell-Descartes

Doc. 1
Prisme

Pour le prisme ci-dessous, l’angle au sommet est de 35°.

Ce prisme est fait de verre dont l’indice est :
nbleu=n_{\mathrm{bleu}}= 1,65 et nrouge=n_{\mathrm{rouge}}= 1,62.
Prisme

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Dispersion par un prisme (1)

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MATH : Calcul littéral

1. Rappeler la loi de Snell-Descartes pour la réfraction.


2. Pourquoi le rayon n’est-il pas dévié au point I1\mathrm{I}_{1} ?


3. Déterminer l’angle de réfraction de la lumière bleue en sachant que l'angle d'incidence au point I2\mathrm{I}_{2} vaut 35°.
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19
Dispersion par un prisme (2)

MATH : Résoudre une équation

1. Montrer que l’angle d’incidence du passage verre-air (point I2\mathrm{I}_{2}) est de 35°.


2. En utilisant la loi de Snell-Descartes pour la réfraction, montrer que la lumière rouge est moins déviée que la lumière bleue.


3. Tracer le rayon bleu.

Couleurs
Formes
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20
Dispersion par un prisme (3)

MATH : Résoudre une équation

Tracer le rayon bleu, puis le rayon rouge.

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