Première
C & E & D & TI
Physique
Exercices
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Objectifs
- Définir la réfraction de la lumière.
- Appliquer le lois de la réfraction
Contenu 1
EXERCICE II
Exercice II
D’après les deux premiers schémas ci-dessous, classer les milieux d'indice n1, n2 et n3 par ordre de réfringence croissante, puis tracer la marche du rayon lumineux dans le cas de la figure (3).
D’après les deux premiers schémas ci-dessous, classer les milieux d'indice n1, n2 et n3 par ordre de réfringence croissante, puis tracer la marche du rayon lumineux dans le cas de la figure (3).
EXERCICE IV
Exercice IV 
Un rayon lumineux pénètre en P dans un bloc en plastique transparent d'indice n et de forme cubique. On se placera dans le cas où P est le centre d'une des faces.
La figure ci-après schématise une coupe du cube par le plan d'incidence et indique les orientations des rayons incident et réfracté par rapport à la face d'entrée.
1. Déterminer la vitesse de la lumière dans le plastique.
2. Construire la marche des rayons dans le cube.
3. Déterminer l'angle de déviation ( angle formé par les rayons incident et émergent du cube ).
Un rayon lumineux pénètre en P dans un bloc en plastique transparent d'indice n et de forme cubique. On se placera dans le cas où P est le centre d'une des faces.
La figure ci-après schématise une coupe du cube par le plan d'incidence et indique les orientations des rayons incident et réfracté par rapport à la face d'entrée.
1. Déterminer la vitesse de la lumière dans le plastique.
2. Construire la marche des rayons dans le cube.
3. Déterminer l'angle de déviation ( angle formé par les rayons incident et émergent du cube ).
EXERCICE V
Exercice V
On considère un bassin rempli d'un liquide d'indice n = 4/3 et de hauteur h =1.6 m.
1- On place au fond du bassin un miroir plan horizontal
Soit un rayon lumineux incident faisant un angle d'incidence i1 =30° à la surface de l'eau.
1-a- Déterminer l'angle de réfraction i2
1-b-.Tracer la marche du rayon lumineux qui émerge du bassin après réflexion sur le miroir; et déterminer sa déviation totale D.
On considère un bassin rempli d'un liquide d'indice n = 4/3 et de hauteur h =1.6 m.
1- On place au fond du bassin un miroir plan horizontal
Soit un rayon lumineux incident faisant un angle d'incidence i1 =30° à la surface de l'eau.
1-a- Déterminer l'angle de réfraction i2
1-b-.Tracer la marche du rayon lumineux qui émerge du bassin après réflexion sur le miroir; et déterminer sa déviation totale D.
EXERCICE VI
Exercice VI
Pour mesurer l'indice de réfraction d'un liquide, on dispose d'un bloc de verre de forme parallélépipédique d'indice no plongé dans l'air d'indice l'unité. Le liquide d'indice n à mesurer est disposé sur la partie supérieure du bloc de verre.
Un rayon incident, faisant l'angle i1 avec la normale à une face verticale, se réfracte en I et est ajusté de sorte que l'angle d'incidence en J sur le dioptre avec le liquide d'indice n soit légèrement supérieur à l'angle critique d'incidence λ.
Ce rayon émerge dans l'air par la face verticale opposée à la face d'incidence.
1. Tracer la marche du rayon lumineux.
2. Déterminer l'angle d'émergence i6 en fonction de l'angle d'incidence i1.
3. Déterminer l'indice n du liquide et l'angle critique λ en fonction de i1 et de no.
A N: \({i_1} = {30^0}\) et no = 1,5
Pour mesurer l'indice de réfraction d'un liquide, on dispose d'un bloc de verre de forme parallélépipédique d'indice no plongé dans l'air d'indice l'unité. Le liquide d'indice n à mesurer est disposé sur la partie supérieure du bloc de verre.
Un rayon incident, faisant l'angle i1 avec la normale à une face verticale, se réfracte en I et est ajusté de sorte que l'angle d'incidence en J sur le dioptre avec le liquide d'indice n soit légèrement supérieur à l'angle critique d'incidence λ.
Ce rayon émerge dans l'air par la face verticale opposée à la face d'incidence.
1. Tracer la marche du rayon lumineux.
2. Déterminer l'angle d'émergence i6 en fonction de l'angle d'incidence i1.
3. Déterminer l'indice n du liquide et l'angle critique λ en fonction de i1 et de no.
A N: \({i_1} = {30^0}\) et no = 1,5
EXERCICE VII
Exercice VII
on considère la marche hypothétique d’un rayon lumineux issu de A et qui rejoint le point B sans obéir à la loi de Descartes.
Les trajets AI et IB sont dans les milieux respectifs d’indice n1 et n2 pour lesquels la vitesse de propagation de la lumière sera notée v1 et v2.
Données : n1 =1,2 ; n2 =1,8; AP= BQ = 1 m ; PQ= 2 m.
on considère la marche hypothétique d’un rayon lumineux issu de A et qui rejoint le point B sans obéir à la loi de Descartes.
Les trajets AI et IB sont dans les milieux respectifs d’indice n1 et n2 pour lesquels la vitesse de propagation de la lumière sera notée v1 et v2.
Données : n1 =1,2 ; n2 =1,8; AP= BQ = 1 m ; PQ= 2 m.
La vitesse de la lumière dans le vide c =3,0.108 m.s-1
On notera x la valeur réelle de PI dans toute la suite du problème
1- Mesurer sur le schéma les valeurs de i et r:
2- En quoi sur le schéma la propagation de la lumière ne suit-elle pas la loi de Descartes pour la réfraction, qualitativement et quantitativement ?
3- Rappeler les relations liant n1, v1 et c d’une part et n2, v2 et c d’autre part.
4- Calculer AI et BI en fonction de x et des données de l’énoncé à l’aide du théorème de Pythagore.
5- En déduire la durée notée t1 du parcours de la lumière entre A et I en fonction de x et v1 ainsi que celle notée t2 du parcours entre I et B en fonction de x et v2.
6- t étant la durée totale du parcours de la lumière entre A et B, donner l’expression du produit ct en fonction de n1, n2 et x.
7-La courbe donnant ct en fonction de x a l’allure suivante.
7-1- En déduire la valeur de x pour laquelle la durée de parcours de la lumière entre A et B est minimale.
7-2-Calculer pour cette valeur de x, \({n_1}\sin (i)\) et \({n_2}\sin (r)\). Que peut-on en conclure ?
On notera x la valeur réelle de PI dans toute la suite du problème
1- Mesurer sur le schéma les valeurs de i et r:
2- En quoi sur le schéma la propagation de la lumière ne suit-elle pas la loi de Descartes pour la réfraction, qualitativement et quantitativement ?
3- Rappeler les relations liant n1, v1 et c d’une part et n2, v2 et c d’autre part.
4- Calculer AI et BI en fonction de x et des données de l’énoncé à l’aide du théorème de Pythagore.
5- En déduire la durée notée t1 du parcours de la lumière entre A et I en fonction de x et v1 ainsi que celle notée t2 du parcours entre I et B en fonction de x et v2.
6- t étant la durée totale du parcours de la lumière entre A et B, donner l’expression du produit ct en fonction de n1, n2 et x.
7-La courbe donnant ct en fonction de x a l’allure suivante.
7-1- En déduire la valeur de x pour laquelle la durée de parcours de la lumière entre A et B est minimale.7-2-Calculer pour cette valeur de x, \({n_1}\sin (i)\) et \({n_2}\sin (r)\). Que peut-on en conclure ?
