a travers le prisme

1ère STLMarche d’un rayon lumineuxà travers un prismeTP05Cadre d’étudeOn désire étudier la marche d’un rayon lumineux à travers un prisme d’angle ausommet A, et d’indice n. Le rayon incident est repéré par l’angle d’incidence i surla face d’entrée du prisme, et le rayon émergent est repéré par l’angle de réfractioni ′ sur la face de sortie.irAr ′i ′DOn note D l’angle de déviation entre le rayon incident et le rayon émergent.On rappelle les formules du prisme :sin i = n · sin rn · sin r ′ = sin i ′A = r + r ′D = i + i ′ − A1 Marche du rayon à travers le prisme1.1 Tracé de rayon à travers le prisme1.1.1 Manipulation– Fixer sur la table une feuille de papier millimétré à l’aide de ruban adhésif.– Tracer au centre de la feuille une ligne II ′ pour repérer le rayon incident.– Disposer le prisme d’angle A = 60 ◦ sur la feuille.– A l’aide du rayon réfléchi sur la face d’entrée, il est possible de régler l’angled’incidence sur le prisme.Régler le dispositif pour avoir un angle d’incidence = 51 ◦ .– Pointer les rayons incident et émergent et les faces d’entrée et de sortie duprisme.1.1.2 Exploitation– Retirer le prisme et compléter la marche du rayon lumineux dans le prisme.– Mesurer l’angle d’incidence et de réfraction sur les deux dioptres (entrée etsortie). En déduire une valeur approchée de l’indice du prisme. (on verraultérieurement une mesure précise).Vérifier la relation entre A, r et r’.– Mesurer l’angle de déviation D. Retrouver la formule du prisme liant D, A, i,et i ′ à partir de vos mesures.Optique 1/ 3

1ère STLMarche d’un rayon lumineuxà travers un prismeTP051.2 Angle limite i 0– Placer un prisme sur un rapporteur mobile autour d’un axe vertical. La faced’entrée du prisme est sur l’axe 90 ◦ −90 ◦ , l’arête dépasse légèrement du centredu rapporteur.– Utiliser la source délivrant un fin pinceau lumineux. Faire varier l’angle d’incidencede –40 ◦ à 90 ◦ .– A partir de quel angle i 0 y a-t-il un rayon émergent par la face de sortie duprisme?Quel phénomène observe-t-on pour des angles inférieurs?Faire un schéma qualitatifs des 2 situations (émergence ou non d’un rayon parla face de sortie).– Chercher la valeur de i 0 pour trois prismes d’angles au sommet différents (30 ◦ ,45 ◦ , 60 ◦ ).Optique 2/ 3

1ère STLMarche d’un rayon lumineuxà travers un prisme2 Étude de la déviationTP052.1 Mesure de l’angle du prisme A– Poser le prisme sur le plateau et tourner le plateau pour que le rayon incidentsoit perpendiculaire à la face d’entrée du prisme (utiliser le rayon réfléchi pource réglage). Noter la position du plateau.– Tourner ensuite le plateau pour effectuer le même réglage sur l’autre face duprisme (le prisme doit rester fixe sur le plateau!). Noter la nouvelle positiondu plateau.– Montrer que l’angle α dont a tourné le plateau vaut α = 180 ◦ − A.Aα– En déduire la mesure de A.2.2 Angle de déviation en fonction de l’angle d’incidence– Placer le prisme (A = 45 ◦ ) de manière à ce que son sommet soit sur le centredu rapporteur, et régler le pinceau lumineux pour que la moitié du pinceautraverse le prisme et l’autre moitié évolue dans l’air sans être déviée.O ◦ 9O ◦ −9O ◦sourceiD– Chercher la valeur de l’angle i 0 pour qu’il y ait émergence.– Faire varier l’angle d’incidence i de i 0 à 90 ◦ et relever dans un tableau la valeurde D pour chaque valeur de i.– Tracer la courbe D = f(i).2.3 Exploitation : indice du prisme– Relever graphiquement la valeur D m de l’angle minimum de déviation.– Que peut-on dire des angles ( i et i ′ , puis ) r et r ′ au minimum de déviation?Dm + Asin2– Etablir la relation n = ( ) . Asin2En déduire la valeur de l’indice du prisme utilisé.Optique 3/ 3