Optique

Prisme à lumière blanche

Un prisme réfracte plus le bleu que le rouge, donc la lumière blanche s'évente en spectre (δ = θ₁ + θ₄ − A).

Prisme à lumière blanche — simulation interactive de Optique. Un prisme réfracte plus le bleu que le rouge, donc la lumière blanche s'évente en spectre (δ = θ₁ + θ₄ − A). Laboratoire virtuel de physique gratuit dans le navigateur, avec mesures SI en direct et tutoriel guidé.

Dispersion

Un prisme réfracte davantage le bleu que le rouge, si bien que la lumière blanche s'étale en un spectre (δ = θ₁ + θ₄ − A).

La loi de Snell utilise un indice n(λ) dépendant de la longueur d'onde, donc chaque couleur se réfracte selon un angle légèrement différent. Le sommet d'un prisme sépare la lumière blanche en un spectre, le violet étant le plus dévié. La dispersion angulaire δ dépend de l'angle du prisme et du nombre d'Abbe du matériau.

• Indice de réfraction varie avec λ
• Le bleu se courbe davantage

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

La lumière entrant dans un prisme de verre se courbe (se réfracte) sur chaque face, sortant déviée de sa direction d'origine. La modification de l'angle d'incidence sur la première face modifie-t-elle toujours la déviation totale dans la même direction ?

Des pronostics à peser

• La déviation augmente toujours à mesure que l'angle d'incidence augmente.
• Non - la déviation a en fait un minimum à un angle d'incidence spécifique, et non une simple tendance à la hausse ou à la baisse.
• La déviation diminue toujours à mesure que l’angle d’incidence augmente.

Rôles variables

Ce que vous définissez  :

• Angle d'incidence θ₁ (°)

Ce que vous mesurez  :

• Écart total δ (°)

Comment se déroule l'enquête

1. Ouvrez le préréglage prisme de lumière blanche et appuyez sur Réinitialiser. Ce prisme en verre couronne a un angle au sommet A = 60°, indice n = 1.5.
2. Activez la lecture de l’écart total.
3. Réglez l’angle d’incidence sur la première face pour chaque essai et enregistrez l’écart total.

Équation gouvernante

Déviation du prisme — δ = θ₁ + θ₄ − A

Un rayon traversant un prisme se réfracte sur ses deux faces. La déviation totale combine les deux courbures et l'angle au sommet du prisme  : δ = θ₁ + θ₄ − A, où θ₂ et θ₄ proviennent de la loi de Snell sur chaque face.

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

• Pour un essai, calculez θ₂ = asin(sin θ₁/n) (Snell sur la première face), θ₃ = A − θ₂ (géométrie du prisme), θ₄ = asin(n·sin θ₃) (Snell sur la deuxième face), puis δ = θ₁ + θ₄ − A. Comparez avec le tableau.
• Expliquez pourquoi la déviation n'est pas une simple fonction monotone de l'angle d'incidence  : la géométrie du prisme (courbée sur DEUX faces) crée un véritable minimum à l'angle de passage symétrique, exploré directement dans l'expérience de déviation minimale.

Où cela apparaît au-delà du laboratoire

• La lumière blanche contient de nombreuses longueurs d’onde, chacune avec un indice de réfraction (dispersion) légèrement différent – de sorte que chaque couleur dévie d’une quantité légèrement différente, attisant la lumière blanche dans un spectre visible. Cette expérience utilise un seul indice représentatif  ; la vraie lumière blanche se propage dans un arc-en-ciel.
• Un arc-en-ciel se forme à partir de la lumière solaire réfractée et réfléchie intérieurement à l’intérieur de gouttes de pluie sphériques – une géométrie plus complexe que ce prisme à face plate, mais pilotée par exactement le même principe de réfraction (dispersion) dépendant de la longueur d’onde.

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

1. Bienvenue dans le prisme de lumière blanche
2. Sélectionnez le prisme
3. Appuyez sur Lecture
4. La lumière blanche se disperse
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