Optique

Déviation minimale

Au passage symétrique la déviation est minimale — la méthode classique pour mesurer l'indice d'un verre.

Déviation minimale — simulation interactive de Optique. Au passage symétrique la déviation est minimale — la méthode classique pour mesurer l'indice d'un verre. Laboratoire virtuel de physique gratuit dans le navigateur, avec mesures SI en direct et tutoriel guidé.

Déviation minimale

Au passage symétrique, la déviation est minimale — la méthode classique pour mesurer l'indice d'un verre.

Lorsque le trajet du rayon à travers le prisme est symétrique, la déviation est minimale et la géométrie se simplifie pour mesurer l'indice de réfraction. Les spectromètres se règlent souvent sur cet angle pour déterminer n(λ) avec précision.

• Passage symétrique
• Mesurer l'indice n

Mémoire d'enquête

Planifiez la question avant d'ouvrir le laboratoire

Le brief reprend la page pré-rendue  : question directrice, prédictions concurrentes, rôles des variables, lois directrices, préparation et consignes d’analyse et de prolongement restent visibles et dans cet ordre.

Question de conduite

Un rayon traversant un prisme atteint son angle de déviation le plus petit possible à un angle d'incidence spécial  : un passage symétrique, où le rayon à l'intérieur du prisme se déplace parallèlement à sa base. Un prisme au sommet plus large a-t-il une déviation minimale plus grande ?

Des pronostics à peser

• Oui, un angle au sommet plus grand plie le rayon davantage globalement, donnant une déviation minimale plus grande.
• Un angle au sommet plus grand donne une déviation minimale plus petite.
• L'écart minimum ne dépend pas de l'angle au sommet.

Rôles variables

Ce que vous définissez  :

• Angle au sommet A (°)

Ce que vous mesurez  :

• Déviation minimale δ_min (°)

Comment se déroule l'enquête

1. Ouvrez le préréglage d'écart minimum et appuyez sur Réinitialiser. Ce prisme 60°/n=1.5 est réglé sur son angle d'incidence de passage symétrique, ce qui minimise la déviation.
2. Activez la lecture de l’écart.
3. Réglez l'angle au sommet pour chaque essai (indice n = 1.5 fixe), puis faites pivoter le prisme — faites glisser le curseur de l'angle d'incidence — jusqu'à ce que la lecture de la déviation cesse de diminuer et recommence à augmenter. Notez cette valeur minimale  : il s'agit de la déviation minimale pour ce sommet.

Équation gouvernante

Formule d'écart minimum — n = sin((A+δmin)/2) / sin(A/2)

A l'angle d'incidence donnant un passage symétrique (rayon parallèle à la base à l'intérieur du prisme), la déviation atteint son minimum  : δ_min = 2·asin(n·sin(A/2)) − A. Cet angle spécial est utilisé expérimentalement pour mesurer avec précision l'indice de réfraction d'un prisme.

Ce que la feuille de travail imprimable demande aux élèves de résoudre

• Pour un essai, calculez δ_min = 2·asin(n·sin(A/2)) − A en utilisant n = 1.5. Comparez avec le tableau.
• Expliquez pourquoi un passage symétrique (le rayon se déplaçant parallèlement à la base du prisme à l'intérieur du verre) donne la plus petite déviation possible pour un angle au sommet et un indice donnés - tout autre angle d'incidence produit PLUS de déviation, pas moins.

Où cela apparaît au-delà du laboratoire

• La formule d'écart minimum peut être inversée pour MESURER l'indice de réfraction d'un verre à partir d'un angle au sommet et d'un écart minimum mesuré  : n = sin((A+δ_min)/2)/sin(A/2). Il s’agit de la technique classique du prisme-spectromètre. Pourquoi la recherche expérimentale du minimum (en faisant tourner lentement le prisme et en surveillant l'endroit où l'écart cesse de diminuer) pourrait-elle être plus fiable que la mesure sous un angle d'incidence arbitraire ?
• Un prisme à angle apex plus grand diffuse la lumière blanche dans un spectre plus large. Expliquez, à l'aide de votre relation δ_min-vs-A, pourquoi les concepteurs de spectromètres peuvent choisir un angle au sommet plus grand lorsqu'ils ont besoin d'une résolution de longueur d'onde plus fine.

• AP Physics 2 — Unit 13: Geometric Optics
• General High School Physics — Light & optics
• NGSS High School Physics — Wave properties

1. Bienvenue dans la déviation minimale
2. Sélectionnez le prisme
3. Appuyez sur Lecture
4. Passage symétrique
5. Ouvrez l'Inspecteur
6. Bravo !

Ouvrez la simulation interactive pour construire la scène, appuyez sur Lecture et explorez avec des mesures en direct et un tutoriel guidé.

Ouvrir le laboratoire interactif →

Télécharger la fiche de laboratoire →

Loi de Snell-Descartes pour la réfraction