La réfraction de la lumière

I- MISE EN EVIDENCE (Act.1 p.30) 1- Objectif Vérifier l’observation d’Archimède ( 287 – 212 av. J.C. )  «  Si on pose un objet au fond d’un vase et si on s’éloigne du vase jusqu’à ce que l’objet ne se voie plus, on le verra réapparaître à cette distance dès que l’on remplit le vase d’eau . »

2- Expérience Mettre un objet opaque ( une pièce de monnaie ) au fond d’un verre en plastique. - Etape n°1 : un élève du binôme s’éloigne progressivement du verre en regardant l’objet et s’arrête juste au moment où il voit à peine l’objet . - Etape n°2 : il recule juste assez pour ne plus voir l’objet. -Etape n°3 : L’autre élève ajoute alors de l’eau dans le verre pour que le premier élève fasse la même observation qu’Archimède.

3- Observations Comment est-ce possible ? Etape n°1 : On observe à peine la pièce Etape n°2 : On ne voit plus la pièce Etape n°3 : Sans bouger on arrive à voir la pièce à nouveau Comment est-ce possible ?

Rappels : L’air et l’eau sont des milieux transparents et homogènes. Que peut on dire de la propagation de la lumière dans ces milieux ? La propagation de la lumière est rectiligne dans un milieu transparent et homogène. On la modélise par un rayon qui est représenté par une droite orientée avec une flèche au milieu de la droite.

4 - Interprétation Schéma n°1 : L’élève voit juste A Que faut-il pour que l’on voit le point A ? Quel est le rayon issu de A qui permet de voir juste A ? Tracer ce rayon . Où doit être placé l’œil ? Mettre l’œil  sur le schéma . A Schéma n°2 : L’élève a reculé et ne voit plus A Tracer le rayon AB . Le rayon AB a-t-il changé ? Comme on ne voit plus A, où doit maintenant être placé l’œil ? Mettre l’œil  sur le schéma . A Schéma n°3 : L’élève est placé comme sur le schéma n°2. Quel changement a-t-on réalisé dans cette étape ? Placer l’œil au même endroit qu’au schéma n°2 . Dans l’expérience n°3, voit-on l’objet ? Donc l’œil a-t- il été atteint par le rayon issu de A ? Qu’est-il arrivé au rayon lumineux ? Quelle est la cause de cet effet ?

On voit un objet si un rayon issu de……….… atteint ……… 5- Conclusion On voit un objet si un rayon issu de……….… atteint ……… La lumière se propage ……………………….. uniquement dans un milieu ………………………et ………………. l’objet l’œil en ligne droite transparent homogène Donner la définition de la réfraction. La réfraction est le changement de direction d'un rayon lumineux lorsqu’il passe dans un autre milieu transparent.

II- Réfraction et réflexion totale (Act. 3 p.32) Nous allons voir dans ce qui suit 4 exemples qui illustrent le comportement de la lumière lorsqu’elle change de milieu transparent : Passage d’un milieu à un autre avec un angle d’incidence nul Passage de l’air au verre avec un angle d’incidence quelconque Passage du verre à l’air avec un angle i ‹ 40° Passage du verre à l’air avec un angle i › 40°

Lorsque le rayon lumineux arrive perpendiculaire à la surface de séparation des deux milieux transparents, la lumière traverse la surface sans être déviée. Dans ce cas particulier, lorsque i = 0°, il n’y a donc pas de réfraction

Lors du passage de l’air au verre il y’a toujours réfraction avec un angle de réfraction inférieur à l’angle d’incidence ( r ‹ i)

Lors du passage du verre à l’air (face plane) il y a réfraction à condition que l’angle d’incidence soit inférieur à un angle limite de 40° (i ‹ 40°). Dans ce cas l’angle de réfraction est supérieur à l’angle d’incidence. ( i ›r )

Lors du passage du verre à l’air (face plane) et lorsque l’angle d’incidence est supérieur à l’angle limite de 40° (i › 40°). il n’y a plus de réfraction mais une réflexion totale. I = 40° Remarque : la réflexion totale ne peut se produire que dans le verre. La lumière reste piégée dans le verre. Cette propriété est utilisée dans la fibre optique.