Expérience sur la Réflexion et Réfraction des Ondes Électromagnétiques

Étude de la Réflexion et de la Réfraction des Ondes Électromagnétiques

Objectifs de l'Expérience

• Mesurer l'indice de réfraction d'un prisme pour les ondes électromagnétiques dans le spectre visible (lumière) et les micro-ondes.
• Mesurer l'angle de réflexion des ondes électromagnétiques.
• Mesurer l'angle critique de réflexion totale lorsque la lumière passe d'un milieu plus dense à un milieu moins dense.

Planification et Théorie

La réfraction est le phénomène par lequel une onde change sa vitesse de propagation lorsqu'elle passe d'un milieu à un autre.

La réfraction a la propriété de changer la direction du faisceau lorsque celui-ci est incident obliquement à l'interface séparant deux milieux ayant des indices de réfraction différents.

Où n1 et n2 sont les indices de réfraction du premier et du second milieu, respectivement, et i et t sont les angles d'incidence et de réfraction, respectivement.

Il peut être observé que, selon la loi de Snell-Descartes (n1 sin(i) = n2 sin(t)), si n1 > n2, alors l'angle de réfraction (t) est supérieur à l'angle d'incidence (i). Dans ce cas, il est également observé que lorsque l'angle d'incidence (i) dépasse un certain angle critique, il n'y a plus de rayon réfracté, c'est-à-dire qu'une réflexion totale se produit.

Procédure Expérimentale

Partie 1: Mesure de l'Indice de Réfraction d'un Prisme

1. Positionnez un prisme sur le disque gradué de telle sorte que le rayon lumineux ou la source incidente arrive normalement sur la face plane du prisme, en vous assurant qu'il est maintenu dans une direction normale à la ligne à un angle de 0 degrés.
2. Tournez ensuite le disque pour faire varier l'angle d'incidence et mesurez-le.
3. Déterminez l'angle de réfraction en utilisant une règle sur le prisme, sur le bord du disque gradué.
4. Répétez les étapes précédentes pour au moins deux autres angles d'incidence.
5. Déterminez dans chaque cas l'indice de réfraction en utilisant la loi de Snell-Descartes.

Mesures et Calculs (Partie 1)

Mesures:

• a) i = 10°, t = 7°
• b) i = 30°, t = 20°
• c) i = 50°, t = 30°

Par la loi de Snell-Descartes: n1 sin(i) = n2 sin(t)

• a) obtenu n2 = 1,42
• b) n2 = 1,46
• c) n2 = 1,53

On observe que plus l'angle d'incidence (i) est grand, plus l'angle de réfraction (t) est grand, et l'indice de réfraction calculé (n2) semble augmenter légèrement avec l'angle d'incidence.

Partie 3a: Incidence d'un milieu moins dense vers un plus dense (n1 < n2)

Partie 3b: Incidence d'un milieu dense vers un moins dense (n1 > n2)

Conclusions de l'Expérience

Au cours de cette expérience, où nous avons mesuré les angles réfractés et réfléchis, nous avons déterminé que l'angle critique est compris entre 40° et 50°, et nous l'avons mesuré à 45°.

Partie 4: Réflexion et Réfraction des Micro-ondes

Mesures pour la réflexion et la réfraction des micro-ondes:

• i = 20°
• t = i + 8° = 20° + 8° = 28°

Application de la loi de Snell-Descartes pour déterminer l'indice de réfraction du styrène pour les micro-ondes:

• n1 = 1 (pour l'air)
• i = 20°
• t = 28°
• Calculé: n2 = 1,37 (pour le styrène)

L'indice de réfraction du styrène pour les micro-ondes est de 1,37.