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Quand la lumière change de milieu de propagation...


Lorsqu’un rayon lumineux change de milieu de propagation, il peut être dévié.

Une expérience qui montre ce phénomène est schématisée ci-dessous.

Lumière changeant de milieu

Q1) Ce phénomène s'appelle:

la décomposition
la réflexion
la réfraction
la diffraction
la dispersion

 

Q2) Sur le schéma de l’expérience figurent les angles i et r mesurés par rapport à la normale.

L’angle i correspond au rayon lumineux :

important
incident
indiciaire
irisé
intense

 

Q3) Une loi fait la relation entre les angles i et r. Lorsque, comme sur le schéma, la lumière passe de l’air vers un autre milieu transparent, cette loi s’écrit : 

nair x sin i = nmilieu x sin r

Cette loi s'appelle:

la loi d'Ohm
la loi de la lumière colorée
la loi trigonométrique
la loi d'Avogadro
la loi de Descartes

 

Q4) Dans la loi énoncée à la question Q3), nair et nmilieu représentent:

le nombre de couleurs du milieu transparent
la normalité des milieux transparents
les indices de réfraction des milieux transparents
le nombre de milieux transparents
l'intensité lumineuse dans les milieux transparents

 

Pour les calculs des questions qui suivent (Q5, Q6 et Q9), vous pouvez:

- utiliser les fonctions de calcul de sinus de votre calculatrice (si elle est correctement paramétrée en degré)

- utiliser la calculatrice Windows (présente dans les accessoires Windows)

- utiliser le tableau de sinus accessible ici

 

Q5) On met en œuvre l’expérience schématisée ci-dessus. Sachant que l’on a choisi i = 45° et que pour l’eau neau = 1,33 , la valeur de r, arrondie au degré le plus proche, est :

r = 1°
r = 60°
r = 32°
r = 70°
r = 34°

 

Q6) Dans l’expérience schématisée ci-dessus, on remplace l’eau par de l’alcool à brûler. Sachant que l’on a choisi i = 80°, on a obtenu r = 46°. On peut en déduire que la valeur de nalcool pour l’alcool à brûler est :

nalcool = 3680
nalcool = 0,71
nalcool = 0,73
nalcool = 1,37
nalcool = 1,74

 

On réalise un deuxième dispositif comme schématisé ci-contre : avec celui-ci, on peut étudier au point B le rayon lumineux lorsqu’il passe d’un milieu transparent vers l’air.

Traversée prisme

Q7) Sur ce dispositif, lorsque le rayon lumineux pénètre dans le milieu transparent au point A, on constate qu’il n’est pas dévié. L’explication est que :

Le rayon lumineux est perpendiculaire à la surface qui sépare l’air et le milieu transparent.
Le rayon lumineux est parallèle à la surface qui sépare l’air et le milieu transparent.
Le rayon lumineux du faisceau laser est trop puissant pour subir une déviation.
Le matériau qui constitue le milieu transparent doit être à l’origine de cette observation.
L’expérimentateur s’est trompé en faisant le montage de son dispositif.

 

Q8) Lorsque la lumière sort du milieu transparent en B, la loi qui fait la relation entre les angles i est r n’est plus la même qu’à la question Q3. Elle devient :

nmilieu x sin r = nair x sin i
nmilieu x sin i = nair x sin r
nmilieu = sin i x sin r
nmilieu x sin i = nmilieu x sin r
(1 / nmilieu) = sin i x sin r

 

Q9) On met en œuvre l’expérience schématisée à la question Q7). Sachant que l’on a choisi, au niveau du point B, i = 36° et que le milieu transparent est du plexiglas tel que nnplexi = 1,50, la valeur de r, arrondie au degré le plus proche, est :

r = 1°
r = 23°
r = 36°
r = 54 °
r = 62°

 

 

Analysons différentes lumières…

Pour étudier une source de lumière, on réalise son spectre. Celui-ci s’obtient à l’aide d’un spectroscope.

 

Q10) Il existe deux types de spectroscope. La différence entre les deux types réside dans l’élément qui décompose la lumière. Les deux éléments possibles pour décomposer la lumière sont :

filtre ou réseau
filtre ou prisme
prisme ou lentille
prisme ou réseau
lentille ou réseau

 

Q11) Le spectre d’une lumière visible est gradué de 400 nm à 800 nm. Il s’agit de caractériser chaque radiation lumineuse du spectre par une valeur notée l (« lambda ») Cette valeur désigne :

la célérité de la radiation lumineuse
la longueur d’onde de la radiation lumineuse
la vitesse de la radiation lumineuse  
 la fréquence de la radiation lumineuse
la période de la radiation lumineuse

 

On a réalisé à l’aide d’un spectroscope le spectre de la lumière produite par un laser. Celui-ci est donné ci-contre.

Spectre 1

Q12) D’après ce spectre, on peut dire de la lumière du laser qu’elle est :

Monochromatique
Polychromatique
Quadrichromique
Chromatographique
Chromosphérique

 

Q13) Pour ce laser, la valeur de l qui le caractérise vaut :

l = 400 nm
l = 800 nm
l = 530 nm
l = 630 nm
l = 730 nm

 

Le spectre d’une première lampe à incandescence, de type « halogène », est donné ci-contre.

Spectre 2

Q14) Ce type de spectre est qualifié de :

Spectre de distorsion
Spectre de bande d’absorption
Spectre de raie d’émission
Spectre de raie d’absorption
Spectre de lumière blanche

 

Le spectre d’une deuxième lampe à incandescence, « classique » celle-ci, est donné ci-contre.

Spectre 3

Q15) La différence par rapport au spectre de la question 14 peut indiquer :

que cette deuxième lampe est grillée
que cette deuxième lampe a une température plus élevée que la première
que cette deuxième lampe a une température plus basse que la première
que cette deuxième lampe n’est pas une lampe à incandescence
que cette deuxième lampe est éteinte

 

Le spectre donné ci-contre pour la question Q16 a été obtenu en faisant passer de la lumière blanche à travers une solution de chlorophylle.

Spectre 4

Q16) Ce spectre indique:    

que la chlorophylle est fluorescente
que la chlorophylle absorbe toutes les radiations lumineuses sauf les vertes
que la chlorophylle n’absorbe pas la lumière blanche
que la chlorophylle est dangereuse pour la lumière blanche 
que la chlorophylle absorbe les radiations lumineuses vertes

 

Le spectre donné ci-contre pour la question Q17 a été obtenu à l’aide d’une lampe spectrale (ce type de lampe produit de la lumière quand on envoie des décharges électriques dans le gaz qu’elle contient)

Spectre 5

Q17) Ce type de spectre est qualifié de :

Spectre de distorsion
Spectre de bande d’absorption
Spectre de raie d’émission
Spectre de raie d’absorption
Spectre de lumière blanche

 

On donne ci-dessous les valeurs de l caractéristiques de quelques éléments chimiques. :

Elément chimique
Hydrogène
Potassium
Calcium
Radiations caractéristiques
434 nm; 486 nm; 656 nm
404 nm; 580 nm; 766 nm
422 nm; 645 nm; 715 nm

 

Q18) La lampe spectrale qui a donné le spectre de la question 17 contient des vapeurs :

d’hydrogène
de calcium
de potassium
de calcium et de potassium
d’aucun de ces éléments chimiques

 

Le spectre donné ci-contre pour la question Q19 a été obtenu en faisant passer de la lumière à travers un gaz.

Spectre 6

Q19) En vous aidant du tableau précédant la question Q18, indiquer si le gaz ayant donné le spectre (a) ci-dessus est constitué de vapeurs :

d’hydrogène
de calcium
de potassium
de calcium et de potassium
d’un gaz inconnu

 

Le spectre donné ci-contre pour la question Q20 a été obtenu en faisant passer de la lumière à travers un gaz.

Spectre 7

Q20) En vous aidant du tableau précédant la question Q18, indiquer si le gaz ayant donné le spectre (b) ci-dessus est constitué de vapeurs :

d’hydrogène
de calcium
de potassium
de calcium et de potassium
d’un gaz inconnu

 

 

Fin du QCM

 



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