CHAPITRE 3 : Dispersion et réfraction de la lumière

Objectifs :

- Découvrir la notion de longueur d’onde et l’associer à une radiation.

- Découvrir et utiliser les lois de Snell-Descartes.

- Déterminer un indice de réfraction.

- Découvrir et expliquer le phénomène de la diffraction de la lumière blanche par un prisme.

I. Dispersion de la lumière blanche

1. Dispersion de la lumière blanche

La lumière blanche est une superposition de lumières colorées, appelées radiations monochromatiques (« une seule couleur») : c’est une lumière polychromatique. Un prisme dévie les rayons lumineux et disperse la lumière blanche : les différentes radiations monochromatiques dont elle est formée sont déviées différemment.

2. Longueur d'onde associée à une radiation monochromatique

Une lumière qui ne peut pas être décomposée (par un prisme, par exemple) est dite monochromatique. On lui associe une grandeur, appelée longueur d’onde, notée λ et qui s’exprime en nanomètre (nm) ou en micromètre (μm). La décomposition de la lumière en ses différentes radiations s’appelle un spectre lumineux. Un prisme permet d’obtenir le spectre d’une lumière et de l’observer sur un écran.

L’œil humain n'est sensible qu'à certaines radiations : 400 nm < λ < 800 nm

lumière visible

II. Réfraction de la lumière

1. Définition de la réfraction

La réfraction est le changement de direction que subit un rayon lumineux quand il traverse la surface séparant deux milieux transparents différents.

2. Indice de réfraction

Un milieu transparent est caractérisé, pour une radiation de longueur d’onde λ donnée, par un nombre n appelé indice de réfraction défini par : n = c/v.

3. Lois de Snell-Descartes

1ère loi : Le rayon incident, le rayon réfracté et la normale au point d'incidence sont dans le même plan.

2ème loi : L'angle d'incidence et l'angle de réfraction vérifient la relation suivante : n1 x sin i1 = n2 x sin i2.

III. Le prisme, un milieu dispersif

L’indice de réfraction d’un milieu transparent varie avec la longueur d’onde de la radiation qui le traverse : on appelle ce phénomène la dispersion. Plus cette variation est importante, et plus le milieu est dispersif.

Dans le prisme, l’indice de réfraction du verre dépend de la longueur d’onde (nbleu > nrouge), donc l’angle de réfraction n’est pas le même pour les différentes radiations de la lumière incidente (i2,bleu < i2,rouge) : la lumière blanche est déviée et dispersée.

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