Dispersion de la lumière par un Prisme

I- Dispersion de la lumière blanche par un prisme.

1)- Expérience de Newton (1642 – 1727).

I Expérience : on éclaire une fente avec une lumière blanche et on envoie le faisceau obtenu sur la face d’un prisme.





- Observations : la lumière est déviée par le prisme.

- De plus le faisceau qui émerge du prisme est étalé et présente les différentes couleurs de l’arc-en-ciel

- (rouge, orange, jaune, vert, bleu, indigo, violet).

- La lumière rouge est moins déviée que la lumière violette.

- Conclusion :

- Le prisme dévie et décompose la lumière blanche en lumières colorées du rouge au violet.

- C'est un phénomène de dispersion.

- L'ensemble des couleurs obtenues constitue le spectre de la lumière blanche.

- Le spectre est continu du rouge au violet.

- La lumière blanche est constituée de plusieurs couleurs ou radiations : c’est une lumière polychromatique.

- Arc en Ciel :





2)- Expérience avec la lumière émise par un Laser.



I Expérience : on éclaire une fente avec un faisceau laser et on envoie le faisceau obtenu sur la face d’un prisme.





- Observation : le faisceau laser est dévié et le spectre ne comporte qu’une seule couleur, la couleur rouge initiale.

- Conclusion : la lumière produite par un laser est constituée d’une seule radiation, elle est monochromatique.

3)- Radiation et longueur d’onde.

- Une lumière monochromatique ne peut être décomposée par un prisme.

- C’est une radiation lumineuse qui est caractérisée par sa longueur d’onde l dans le vide ou l’air. Son unité légale est le mètre (m).

- Le laser rouge utilisé au lycée est une radiation de longueur d’onde l = 633 nm.

- C’est une lumière monochromatique.

- Remarque : une lumière complexe est un mélange de plusieurs radiations.

- Elle n’est pas caractérisée par une longueur d’onde. On lui associe une plage de longueurs d’onde.

4)- Domaine du visible.

- L’œil humain n’est sensible qu’aux radiations dont les longueurs d’onde sont comprises entre 400 nm et 800 nm.



- La lumière blanche est un mélange de toutes les radiations visibles.

II- Réfraction de la lumière (En relation avec le TP physique N° 4).

1)- Mise en évidence.



I Expérience : laser + cuve à eau.

- Observations : on constate que le faisceau lumineux change brusquement de direction quand il franchit la surface de séparation air – eau.



2)- Définition.

- On appelle réfraction de la lumière le changement de direction que la lumière subit à la traversée de la surface de séparation entre deux milieux transparents.

3)- Première loi de Descartes.

- Vocabulaire :












- SI : rayon incident et IR rayon réfracté.

- I : le point d’incidence.

- NI : normale à la surface de séparation.

- Le plan d’incidence : on appelle plan d’incidence, le plan qui contient : le rayon incident (SI) et la normale ( IR) au point d’incidence I.

- Énoncé de la première loi de Descartes : Le rayon réfracté est dans le plan d’incidence.

4)- Deuxième loi de Descartes.

- L’angle de réfraction i2 est généralement différent de l’angle d’incidence i1.

- Lorsque l’on trace sin i1= f (sin i2), la courbe obtenue est une droite qui passe par l’origine.

- En conséquence :

- sin i1= k . sin i2

- Ceci constitue la deuxième loi de Descartes.

5)- Indice de réfraction.

- Pour une radiation donnée, un milieu transparent homogène est caractérisé par un indice de réfraction n.

n =
c

--------------------------------------------------------------------------------

v

n est un nombre qui n’a pas d’unité et n ³ 1

n indice de réfraction

c vitesse de la lumière dans le vide (m / s)

v vitesse de la lumière dans le milieu considéré (m / s)






- Remarque : comme c ³ v alors n ³ 1.

- Retour sur la relation précédente : sin i1= k . sin i2

- Question : que représente la grandeur k ?

- Le rayon lumineux passe du milieu 1 d’indice n1 au milieu 2 d’indice n2.

- Le coefficient k représente le quotient de l’indice de réfraction du milieu 2 et de l’indice de réfraction du milieu 1.

- On écrit :
k =
n 1


--------------------------------------------------------------------------------

n 2

- La deuxième loi de Descartes s’écrit : n1. sin i1= n2 . sin i2 (1).

III- Pourquoi le prisme décompose-t-il la lumière blanche ?

- Schéma.








- Lorsqu’une lumière arrive sur un prisme, elle subit deux réfractions : une sur la face d’entrée et une sur la face de sortie.

- Deuxième loi de la réfraction : n1. sin i1= n2 . sin i2 (1).

- Le trajet d’une radiation dépend de l’indice du prisme car l’angle d’incidence est le même pour les différentes radiations qui constituent la lumière blanche.

- Le trajet d’une lumière dans le prisme dépend de sa couleur.

- Or ce trajet dépend de l’indice du prisme.

- L'indice du prisme dépend de la fréquence ou de la longueur d’onde dans le vide de la radiation.

- L’indice de réfraction d’un milieu transparent dépend de la longueur d’onde (dans le vide) de la radiation qui s’y propage.

- Exemple :

Pour le verre ordinaire : n rouge = 1,510 n bleu = 1,520
Pour l’eau : n rouge = 1,330 n bleu = 1,336



- Avec cabri géomètre : figure prisme.

Ta leçon est illisible Yohan. Où sont les schémas ?

Je pense que cette leçon est à envoyer à la corbeille !

oué

^^