QCM : Réflexion et réfraction de la lumière — 16 questions

Question 1

1. Comment modélise-t-on le trajet de la lumière avec un rayon lumineux ?

Par une courbe munie d’une flèche indiquant l’intensité lumineuse

Par une droite sans flèche représentant la source lumineuse

Par une surface orientée indiquant la zone éclairée

Par une droite munie d’une flèche indiquant le sens de propagation

Explication

Un rayon lumineux représente le trajet de la lumière par une droite orientée, la flèche indiquant le sens de propagation. Une courbe décrit une trajectoire différente et une droite sans flèche ne précise pas le sens du déplacement.

Answer

Par une droite munie d’une flèche indiquant le sens de propagation

Question 2

2. Dans quel ensemble de milieux la lumière peut-elle se propager ?

Dans le vide et les métaux, mais pas dans l’eau

Dans l’air, l’eau, le verre et le vide

Dans les milieux matériels, mais pas dans le vide

Dans l’air, l’eau et le verre, mais pas dans le vide

Explication

La lumière se propage dans des milieux transparents comme l’air, l’eau et le verre, ainsi que dans le vide. La confusion vient de l’exemple du son, qui ne se propage pas dans le vide.

Answer

Dans l’air, l’eau, le verre et le vide

Question 3

3. Quelle trajectoire la lumière suit-elle dans un milieu transparent homogène ?

Une trajectoire circulaire

Une trajectoire qui dépend de la durée d’observation

Une ligne courbe

Une ligne droite

Explication

Dans un milieu transparent, la lumière se propage en ligne droite. Une trajectoire courbe ou circulaire ne correspond pas à la règle de propagation étudiée dans ce type de milieu.

Answer

Une ligne droite

Question 4

4. Quelle expression donne approximativement la célérité de la lumière dans le vide ou dans l’air ?

c \approx 3{,}00 \times 10^8\ \mathrm{km/s}

c \approx 3{,}00 \times 10^4\ \mathrm{m/s}

c \approx 340\ \mathrm{m/s}

c \approx 3{,}00 \times 10^8\ \mathrm{m/s}

Explication

Dans le vide ou dans l’air, la célérité de la lumière est approximativement de $3{,}00 \times 10^8\ \mathrm{m/s}$ . La valeur de $340\ \mathrm{m/s}$ correspond plutôt à la célérité du son dans l’air, tandis que les autres propositions utilisent un ordre de grandeur ou une unité incorrects.

Answer

$$c \approx 3{,}00 \times 10^8\ \mathrm{m/s}$$

Question 5

5. Quelle comparaison décrit correctement la célérité de la lumière dans l’eau et dans le diamant ?

Elle vaut environ 225 000 km/s dans les deux milieux transparents.

Elle vaut environ 300 000 km/s dans l’eau comme dans le diamant.

Elle vaut environ 225 000 km/s dans l’eau et 124 000 km/s dans le diamant.

Elle vaut environ 124 000 km/s dans l’eau et 225 000 km/s dans le diamant.

Explication

La célérité de la lumière dépend du milieu : elle est d’environ 225 000 km/s dans l’eau et 124 000 km/s dans le diamant. Elle n’a donc pas la même valeur dans tous les milieux, et elle est plus faible dans le diamant que dans l’eau.

Answer

Elle vaut environ 225 000 km/s dans l’eau et 124 000 km/s dans le diamant.

Question 6

6. Quelle relation permet de calculer la durée de propagation lorsque la distance et la célérité sont connues ?

\Delta t = \frac{d}{c}

\Delta t = c \times d

c = d \times \Delta t

d = \frac{c}{\Delta t}

Explication

La durée de propagation se calcule avec $\Delta t = \frac{d}{c}$ , en divisant la distance par la célérité. La relation $d = c \times \Delta t$ sert à calculer une distance, et non une durée.

Answer

$$\Delta t = \frac{d}{c}$$

Question 7

7. Pour une distance Soleil-Vénus de 108 millions de kilomètres, combien de temps la lumière met-elle pour atteindre Vénus avec une célérité de $3{,}00 \times 10^8\ \mathrm{m/s}$ ?

108 s

360 s

36 s

3 600 s

Explication

En convertissant 108 millions de kilomètres en mètres puis en utilisant $\Delta t = d/c$ , on obtient une durée de 360 s. Une durée de 3 600 s correspondrait à une propagation dix fois plus longue pour cette même célérité.

Answer

Une réflexion, car le rayon reste dans son milieu initial

Answer

Il contient le rayon incident, le rayon réfléchi et la normale

Answer

$$35^\circ$$

Answer

Il peut changer de direction : c’est une réfraction

Answer

Il reste dans le premier milieu et ne traverse pas l’interface

Answer

C’est une grandeur sans unité liée à la vitesse de la lumière

Answer

Dans le milieu d’indice $$n=1,8$$

Answer

Dans le même plan d’incidence, qui contient aussi la normale

Answer

$$n_1 \times \sin(i_1)=n_2 \times \sin(i_2)$$

Question 8

8. Lorsqu’un rayon lumineux est renvoyé par un miroir, quel phénomène se produit ?

Une réfraction, car le rayon change de direction

Une absorption, car le rayon disparaît dans la surface

Une dispersion, car le rayon se sépare en plusieurs couleurs

Une réflexion, car le rayon reste dans son milieu initial

Explication

La réflexion correspond au renvoi d’un rayon par une surface réfléchissante sans changement de milieu de propagation. La réfraction, elle, implique le passage du rayon dans un autre milieu transparent.

Question 9

9. Quelle propriété géométrique caractérise le plan d’incidence lors d’une réflexion ?

Il est parallèle à la surface et exclut les rayons lumineux

Il contient le rayon incident, le rayon réfléchi et la normale

Il correspond à un plan quelconque choisi sur la surface

Il contient plusieurs surfaces réfléchissantes mais pas la normale

Explication

Le rayon incident, le rayon réfléchi et la normale appartiennent au même plan d’incidence. Ce plan ne doit donc pas être confondu avec un plan quelconque de la surface réfléchissante.

Question 10

10. Un rayon arrive sur une surface avec un angle d’incidence de $35^\circ$ . Quelle est la valeur de son angle de réflexion ?

145^\circ

70^\circ

35^\circ

55^\circ

Explication

La loi de la réflexion impose l’égalité entre l’angle d’incidence et l’angle de réflexion, donc $i_I=i_R$ . L’angle réfléchi vaut ainsi $35^\circ$ , mesuré par rapport à la normale.

Question 11

11. Que se passe-t-il lorsqu’un rayon lumineux traverse la surface séparant deux milieux transparents différents ?

Il disparaît à la surface : c’est une absorption

Il reste dans son milieu initial : c’est une réflexion

Il peut changer de direction : c’est une réfraction

Il se transforme en onde sonore : c’est une conversion

Explication

La réfraction est le changement de direction d’un rayon lorsqu’il passe entre deux milieux transparents différents. La réflexion correspond au rayon renvoyé qui reste dans le premier milieu.

Question 12

12. Lorsqu’un rayon réfracté passe dans le deuxième milieu, que devient le rayon réfléchi associé ?

Il traverse le deuxième milieu en suivant le rayon réfracté

Il reste dans le premier milieu et ne traverse pas l’interface

Il revient vers la source après avoir changé de milieu

Il se propage dans un troisième milieu transparent

Explication

À l’interface, le rayon réfléchi reste dans le premier milieu tandis que le rayon réfracté pénètre dans le second. Confondre ces deux rayons revient à attribuer au rayon réfléchi le comportement du rayon réfracté.

Question 13

13. Quelle caractéristique décrit correctement l’indice de réfraction d’un milieu transparent ?

C’est une longueur exprimée en mètres qui mesure l’épaisseur du milieu

C’est une durée exprimée en secondes qui indique le temps de traversée

C’est une grandeur sans unité liée à la vitesse de la lumière

C’est une force exprimée en newtons qui dévie les rayons lumineux

Explication

L’indice de réfraction est une grandeur sans unité caractérisant un milieu transparent et liée à la vitesse de propagation de la lumière. Il ne représente donc ni une longueur, ni une force, ni une durée.

Question 14

14. Deux milieux transparents ont respectivement les indices $n=1,3$ et $n=1,8$ . Dans lequel la lumière se propage-t-elle le plus lentement ?

Dans le milieu d’indice

n=1,8

La comparaison dépend uniquement de la couleur observée

Dans le milieu d’indice

n=1,3

À la même vitesse dans les deux milieux

Explication

Plus l’indice de réfraction est grand, plus la vitesse de propagation de la lumière est faible. La lumière est donc plus lente dans le milieu d’indice $1,8$ .

Question 15

15. Dans quel plan se trouvent le rayon incident et le rayon réfracté lors du passage entre deux milieux ?

Dans le même plan d’incidence, qui contient aussi la normale

Dans deux plans parallèles, chacun associé à un milieu

Dans un plan quelconque indépendant de la normale

Dans un plan tangent à l’interface et perpendiculaire à la normale

Explication

Lors d’une réfraction, le rayon incident et le rayon réfracté appartiennent au même plan d’incidence, lequel contient la normale. Un plan quelconque ne respecte pas cette contrainte géométrique.

Question 16

16. Quelle relation permet de relier les angles et les indices lors d’une réfraction ?

n_1+n_2=\sin(i_1)+\sin(i_2)

n_1 \times \sin(i_1)=n_2 \times \sin(i_2)

n_1 \times i_1=n_2 \times i_2

i_1=i_2

Explication

La loi de Snell-Descartes s’écrit $n_1 \times \sin(i_1)=n_2 \times \sin(i_2)$ . L’égalité directe des angles appartient à la loi de la réflexion et ne décrit pas généralement une réfraction.

QCM : Réflexion et réfraction de la lumière — 16 questions

Questions et réponses du QCM

1. Comment modélise-t-on le trajet de la lumière avec un rayon lumineux ?

2. Dans quel ensemble de milieux la lumière peut-elle se propager ?

3. Quelle trajectoire la lumière suit-elle dans un milieu transparent homogène ?

4. Quelle expression donne approximativement la célérité de la lumière dans le vide ou dans l’air ?

5. Quelle comparaison décrit correctement la célérité de la lumière dans l’eau et dans le diamant ?

6. Quelle relation permet de calculer la durée de propagation lorsque la distance et la célérité sont connues ?

7. Pour une distance Soleil-Vénus de 108 millions de kilomètres, combien de temps la lumière met-elle pour atteindre Vénus avec une célérité de $3{,}00 \times 10^8\ \mathrm{m/s}$ ?

8. Lorsqu’un rayon lumineux est renvoyé par un miroir, quel phénomène se produit ?

9. Quelle propriété géométrique caractérise le plan d’incidence lors d’une réflexion ?

10. Un rayon arrive sur une surface avec un angle d’incidence de $35^\circ$ . Quelle est la valeur de son angle de réflexion ?

11. Que se passe-t-il lorsqu’un rayon lumineux traverse la surface séparant deux milieux transparents différents ?

12. Lorsqu’un rayon réfracté passe dans le deuxième milieu, que devient le rayon réfléchi associé ?

13. Quelle caractéristique décrit correctement l’indice de réfraction d’un milieu transparent ?

14. Deux milieux transparents ont respectivement les indices $n=1,3$ et $n=1,8$ . Dans lequel la lumière se propage-t-elle le plus lentement ?

15. Dans quel plan se trouvent le rayon incident et le rayon réfracté lors du passage entre deux milieux ?

16. Quelle relation permet de relier les angles et les indices lors d’une réfraction ?

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Questions et réponses du QCM

1. Comment modélise-t-on le trajet de la lumière avec un rayon lumineux ?

2. Dans quel ensemble de milieux la lumière peut-elle se propager ?

3. Quelle trajectoire la lumière suit-elle dans un milieu transparent homogène ?

4. Quelle expression donne approximativement la célérité de la lumière dans le vide ou dans l’air ?

5. Quelle comparaison décrit correctement la célérité de la lumière dans l’eau et dans le diamant ?

6. Quelle relation permet de calculer la durée de propagation lorsque la distance et la célérité sont connues ?

7. Pour une distance Soleil-Vénus de 108 millions de kilomètres, combien de temps la lumière met-elle pour atteindre Vénus avec une célérité de 3,00×108 m/s3{,}00 \times 10^8\ \mathrm{m/s}3,00×108 m/s ?

8. Lorsqu’un rayon lumineux est renvoyé par un miroir, quel phénomène se produit ?

9. Quelle propriété géométrique caractérise le plan d’incidence lors d’une réflexion ?

10. Un rayon arrive sur une surface avec un angle d’incidence de 35∘35^\circ35∘. Quelle est la valeur de son angle de réflexion ?

11. Que se passe-t-il lorsqu’un rayon lumineux traverse la surface séparant deux milieux transparents différents ?

12. Lorsqu’un rayon réfracté passe dans le deuxième milieu, que devient le rayon réfléchi associé ?

13. Quelle caractéristique décrit correctement l’indice de réfraction d’un milieu transparent ?

14. Deux milieux transparents ont respectivement les indices n=1,3n=1,3n=1,3 et n=1,8n=1,8n=1,8. Dans lequel la lumière se propage-t-elle le plus lentement ?

15. Dans quel plan se trouvent le rayon incident et le rayon réfracté lors du passage entre deux milieux ?

16. Quelle relation permet de relier les angles et les indices lors d’une réfraction ?

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10. Un rayon arrive sur une surface avec un angle d’incidence de $35^\circ$ . Quelle est la valeur de son angle de réflexion ?

14. Deux milieux transparents ont respectivement les indices $n=1,3$ et $n=1,8$ . Dans lequel la lumière se propage-t-elle le plus lentement ?