Synthèse rapide

• Les phénomènes de propagation de la lumière comprennent la diffusion, la réflexion et la réfraction.
• La réflexion se produit sur une surface lisse, obéissant à la loi de la réflexion : l'angle d'incidence est égal à l'angle de réflexion.
• La réfraction concerne la déviation de la lumière lorsqu'elle traverse un dioptre, selon la loi de Snell : $$ n_1 \sin(i_1) = n_2 \sin(i_2) $$
• La réfraction peut entraîner une réflexion totale si l'angle d'incidence dépasse un angle limite.
• La formation d’images par réflexion repose sur la prolongation des rayons réfléchis ; leur croisement détermine la nature de l’image (virtuelle ou réelle).
• La réflexion remarquable survient lorsque le rayon incident est perpendiculaire à la surface, où le rayon incident et réfléchi sont confondus.

Concepts et définitions

• Réflexion : changement de direction de la lumière sur une surface lisse, sans traverser la surface.
• Réfraction : déviation de la lumière lors du passage d’un milieu à un autre, en raison de la variation de vitesse.
• Dioptre : surface de séparation entre deux milieux transparents.
• Indice de réfraction $$ n_m = \frac{c}{v_m} $$ : rapport entre la vitesse de la lumière dans le vide et dans un milieu.
• Rayon incident : rayon lumineux se propageant vers le dioptre.
• Rayon réfracté : rayon dévié lors de la traversée du dioptre.
• Faisceau incident/refracté/réfléchi : ensemble de rayons lumineux dans le phénomène.

Formules, lois, principes

• Loi de Snell (réfraction) : $$ n_1 \sin(i_1) = n_2 \sin(i_2) $$
• Loi de la réflexion : $$ |i_1| = |i_2| $$
• Angle limite pour réfraction : $$ i_{lim} = \arcsin\left(\frac{n_2}{n_1}\right) $$
• Réflexion totale : se produit lorsque l’angle d’incidence dépasse l’angle limite, le rayon ne traverse pas le dioptre.
• La normale est la droite perpendiculaire au dioptre passant par le point d’incidence.

Méthodes et procédures

1. Pour construire l’image d’un point par réflexion :
   • tracer le rayon incident perpendiculaire à la surface
   • utiliser la loi de la réflexion pour tracer le rayon réfléchi
   • prolonger les rayons réfléchi jusqu’à leur intersection
   • nommer l’image à cette intersection
2. Pour déterminer la nature de l’image :
   • vérifier si les rayons réfléchis se croisent devant ou derrière le miroir
   • identifier si l’image est virtuelle ou réelle selon le croisement
3. Pour construire une image par réfraction :
   • tracer le rayon incident jusqu’au dioptre
   • appliquer la loi de Snell pour tracer le rayon réfracté
   • prolonger le rayon réfracté pour déterminer l’intersection
   • nommer l’image à l’intersection du prolongement

Exemples illustratifs

• La réflexion d’un faisceau lumineux sur un miroir plan : l’angle d’incidence égal à l’angle de réflexion, formation d’une image virtuelle ou réelle selon la position.
• La réfraction d’un rayon dans l’eau : si le rayon traverse le dioptre, il est dévié selon la loi de Snell, avec une variation d’angle.
• La réflexion totale : lorsqu’un rayon incident dans l’eau atteint le seuil d’angle limite, il est entièrement réfléchi, comme dans les phénomènes de prisme ou d’appareils optiques.

Pièges et points d'attention

• Confondre rayon incident et rayon réfléchi dans la construction d’image.
• Mal interpréter l’angle limite, conduisant à des erreurs sur la réfraction ou la réflexion totale.
• Ommettre la normal lors de l’application de la loi de Snell ou de la réflexion.
• Confusion entre image réelle et virtuelle selon le croisement des rayons.
• Négliger l’effet de l’indice de réfraction dans la détermination de la déviation ou du phénomène de réflexion totale.

Glossaire

• Surface lisse : surface au toucher ou à la réflexion uniforme, comme les miroirs plans.
• Dioptre : interface délimitant deux milieux transparents.
• Indication d’indice de réfraction : $ n $ du milieu, toujours supérieur ou égal à 1.
• Faisceau incident/refracted/réfléchi : ensemble de rayons lumineux correspondant à chaque étape.
• Réflexion remarquable : réflexion où l’incident est perpendiculaire à la surface, rayons confondus.
• Réflexion totale : phénomène où tout le rayon est réfléchi, absence de transmission.
• Normal : droite perpendiculaire à la surface au point d’incidence.
• Angular : mesuré en degrés, formé par la normale et le rayon entrant ou sortant.