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Un laser envoie un faisceau dans un prisme de verre qui l’étale en couleurs sur un petit écran ; une lentille convergente à côté.
Physique · seconde · 5 étapes

La lumière, déviée et décomposée.

Un laser et un demi-cylindre de verre, un prisme, une lentille et une bougie, des spectres d’étoiles : quatre expériences pour comprendre la réfraction, les couleurs et les images.

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01

La réfraction

La lumière change de direction

Quand la lumière passe de l’air à l’eau ou au verre, elle change de direction : c’est la réfraction. Chaque milieu a un indice de réfraction n (1,00 pour l’air). Existe-t-il une règle exacte qui relie l’angle d’arrivée i₁ et l’angle réfracté i₂ ? Règle l’angle du laser, change de milieu et note tes mesures.

Le laser et le milieu
30°
—angle réfracté i₂
1,50indice n
Trouve la règle

Règle un angle, puis note la mesure. Recommence avec d’autres angles ou un autre milieu. La page calcule i₁ ÷ i₂ et sin i₁ ÷ sin i₂.

Défi

02

La dispersion

Un prisme qui décompose la lumière

Un prisme de verre dévie la lumière par réfraction. Envoie de la lumière blanche, puis un laser, et observe ce qui arrive sur l’écran. Une lumière étalée en couleurs forme un spectre ; une lumière qui ne se décompose pas est dite monochromatique.

La source
0°
—déviation du violet
—déviation du rouge
Défi

03

La lentille convergente

Former une image sur un écran

Une bougie, une lentille convergente, un écran. Déplace l’écran : où faut-il le placer pour obtenir une image nette ? Dans quel sens est-elle, et quelle taille a-t-elle par rapport à la bougie ? Ce rapport des tailles s’appelle le grandissement γ. Puis rapproche la bougie de la lentille et regarde ce que deviennent les rayons.

Le banc d’optique (f′ = 10 cm)
30 cm
40 cm
floueimage sur l’écran
—grandissement γ
Défi

04

Les spectres

Du filament chaud aux gaz excités

Chauffe le filament et regarde quelles couleurs apparaissent, et dans quel ordre. Qu’est-ce qui change quand la température monte ? Passe ensuite aux gaz : chaque élément émet-il les mêmes couleurs ? Un spectre mystère t’attend : à toi de reconnaître l’élément qui l’a produit.

Le filament et le gaz
2 500 K
Défi

05

À toi de jouer

Six exercices de contrôle. Angles en degrés, au dixième près.

Snell-Descartes

n₁ sin i₁ = n₂ sin i₂. Plus n est grand, plus le rayon se rapproche de la normale.

Dispersion

n dépend de la couleur : le violet est plus dévié que le rouge.

Lentille

Image nette au-delà de F′ si l’objet est avant F. γ = A′B′ / AB.

Spectres

Continu pour un corps chaud, de raies pour un gaz : chaque élément a ses raies.

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