Réfraction - prisme

Prérequis

• la réfraction

Présentation

Animation pour le passage d'un faisceau lumineux à travers un prisme.

Les indications de manipulation se trouvent sous l'animation.

auteur : Geneviève Tulloue, université de Nantes

Explications

Lorsque vous lancez l'animation, vous voyez un fin faisceau de lumière monochromatique (pouvant être assimilé à un rayon lumineux), produit par une lampe suivie d'une fente (pour avoir un faisceau fin) et d'une lentille convergente (pour focaliser le faisceau sur le prisme, car il y a de la diffraction par la fente).

Observez la double déviation. Calculez r, r', i' et D (l'angle du prisme A est indiqué sous le prisme et peut être modifié). Vérifiez la valeur obtenue pour i' (appelé ici l'angle d'émergence) et pour D.

Faites tourner le prisme et observez comment varie la déviation totale.

• Présence d'une position du prisme telle que la déviation est minimum. Un graphe de cette déviation en fonction de l'angle d'incidence est représenté en haut à droite, montrant bien la présence d'un minimum pour i = i'. Calculez cette déviation minimum et vérifiez votre résultat grâce à l'animation.
  
• Réflexion totale sur la face de sortie lorsque i est tel que r' est plus grand que l'angle critique. Calculez cette valeur de i et vérifiez votre résultat grâce à l'animation. Est-ce une valeur minimum ou maximum ?

Changez la longueur d'onde de cette lumière monochromatique (sous la lampe). Vous constaterez que la déviation change.
Pour quelle couleur cette déviation est-elle la plus grande ?
Ce changement de déviation est dû au fait que l'indice de réfraction dépend de la longueur d'onde, car la vitesse d'une onde dans un milieu dépend de sa longueur d'onde (n = c / v). La forme de cette dépendance ne fait pas l'objet de ce cours, mais sous l'animation, vous verrez que l'auteur a utilisé la formule n = A + B/λ². Donc les plus petites longueurs d'onde ont un plus grand indice de réfraction et donc aussi une plus grande déviation.

Passez ensuite en lumière blanche, qui est une superposition de toutes les couleurs du spectre visible. On constate une dispersion des couleurs, que l'on peut expliquer par ce qu'on vient de voir plus haut, à savoir que l'indice de réfraction du prisme dépend de la longueur d'onde de la lumière.