Matières
Niveaux
La méthode pour observer la réfraction de la lumière
Fiche | Physique
Secondaire
5
Table des matières
Cette fiche explique les manipulations à suivre pour trouver l'indice de réfraction d'une substance.
La réfraction est le phénomène lumineux au cours duquel la lumière dévie de sa trajectoire rectiligne en changeant de vitesse lorsqu'elle passe d’un milieu transparent à un autre. La déviation est déterminée par l'indice de réfraction d'une substance: plus l'indice de réfraction est élevé, plus la déviation sera prononcée.
Matériel
- Boîte à rayons (boîte à faisceaux)
- Bassin semi-circulaire
- Substance à identifier
- Feuille de papier
- Rapporteur d'angles
- Règle
Manipulations
1. Tracer deux droites perpendiculaires se croisant au centre de la feuille.
2. Positionner le bassin semi-circulaire contenant la substance à identifier en s’assurant que le centre du bassin soit centré avec la normale.
3. Dessiner le contour du bassin sur ta feuille.
4. Projeter un rayon lumineux sur la partie plane du bassin semi-circulaire.
5. Tracer en pointillés le rayon incident et le rayon réfracté.
6. Identifier le rayon incident (I1) et le rayon réfracté (R1).
7. Recommencer les étapes 5 et 6 pour avoir trois autres mesures d’angle.
8. Retirer la boîte à rayons et le bassin semi-circulaire de la feuille.
9. Tracer une droite pour chacun des rayons incidents jusqu'au centre du bassin.
10. Tracer une droite pour chacun des rayons réfractés jusqu'au centre du bassin.
11. Mesurer les angles d'incidence et de réfraction de chacun des rayons avec un rapporteur d'angles.
12. Calculer l’indice de réfraction pour chacune des mesures effectuées.
13. Nettoyer et ranger le matériel.
Résultats
Lorsque les angles d'incidence et de réfraction ont été déterminés, il est possible de déterminer l'indice de réfraction de la substance à identifier en utilisant la loi de Snell-Descartes sur la réfraction.
Si l'angle d'incidence est de |\small 48,0^{\circ}| et l'angle de réfraction est de |\small 31,0^{\circ}|, quel est l'indice de réfraction de la substance ?
||\begin{align}n_{1} &= 1,00\ &\theta_{i} &= 48,0^{\circ}\\ n_{2} &= x&\theta_{r} &= 31,0^{\circ}\\ \end{align}||
On utilise la formule pour déterminer l'indice de réfraction.
||\begin{align} n_{1} \times \sin \theta_{i} = n_{2}\times \sin\theta_{r} \quad \Rightarrow \quad n_{2} &= \left(
\frac {n_{1} \times \sin \theta_{i}}{\sin\theta_{r}} \right) \\ \\
&= \left( \frac{1,00\times \sin 48,0^{\circ}}{\sin 31,0^{\circ}} \right) \\ \\ &= 1,44 \end{align}|| L'indice de réfraction est 1,44 pour ces mesures d'angles d'incidence et de réfraction.
L'avantage de prendre plusieurs mesures est de pouvoir calculer une moyenne des résultats. Il est donc important de montrer tous les résultats dans un tableau des résultats. Le modèle ci-dessous peut être utilisé pour consigner les résultats.
Indice de réfraction d'une substance inconnue par rapport à l'air
| | Angle d'incidence |(^{\circ})| | Angle de réfraction |(^{\circ})| | Indice de réfraction |
| Essai #1 | |30^{\circ}| | |19^{\circ}| | |1,54| |
| Essai #2 | |48^{\circ}| | |31^{\circ}| | |1,44| |
| Essai #3 | |38^{\circ}| | |25^{\circ}| | |1,46| |
| Essai #4 | |57^{\circ}| | |35^{\circ}| | |1,46| |
| Moyenne des indices de réfraction | |1,475| | ||
Il est possible d'identifier la substance inconnue en comparant la valeur de l'indice de réfraction avec les valeurs présentes dans un tableau de référence.