QCM : Réflexion et réfraction — 13 questions

Explication

Un milieu homogène transparent isotrope possède les mêmes propriétés en tout point, laisse la lumière se propager sans absorption d’énergie et lui impose une vitesse identique partout. Il ne présente donc pas de concentration ionique croissante avec l’altitude, caractéristique d’un gradient de concentration.

Explication

Dans un milieu homogène transparent isotrope, la lumière se propage en ligne droite, ce qui permet de représenter son trajet par une droite. Un gradient de concentration rend cette propagation non rectiligne dans le milieu concerné. Lors d’un retour de B vers A, la lumière suit le même trajet en sens inverse, et non une trajectoire différente.

Explication

La réversibilité de la propagation lumineuse signifie que le trajet de B vers A reprend le même chemin que celui de A vers B, mais en sens inverse. Il ne s’agit donc pas d’une trajectoire indépendante, et le trajet A vers B conserve A comme départ.

Explication

L’indice est défini par $n=\frac{c_{\text{vide}}}{c_{\text{milieu}}}$ et vérifie $n\geq 1$. Selon la loi de Cauchy, sa dépendance à la longueur d’onde s’écrit $n_{\text{milieu}}(\lambda)=A+\frac{B}{\lambda^2}$, et non avec un terme proportionnel à $\lambda^2$. La célérité dans un milieu ne dépasse pas celle du vide, tandis qu’une vitesse de propagation peut lui être inférieure.

Explication

La loi de Cauchy donne $n_{\text{milieu}}(\lambda)=A+\frac{B}{\lambda^2}$, avec $A>0$ et $B>0$, ces constantes dépendant du milieu. Elle relie donc l’indice à la longueur d’onde et permet de comprendre la dispersion.

Explication

Dans un prisme, la lumière rouge est moins déviée que la lumière bleue. Les autres propositions inversent cette comparaison ou attribuent à l’une des couleurs une absence ou une égalité de déviation qui n’est pas indiquée.

Explication

Un dioptre plan est une surface de séparation entre deux milieux transparents dont les indices de réfraction sont différents. La réfraction y obéit à la loi de Snell-Descartes $n_1\sin i_1=n_2\sin i_2$. Pour n₁ = 1,00, n₂ = 1,33 et i₁ = 40°, on obtient i₂ ≈ 28°, et non 49°.

Explication

La réfraction obéit à $n_1\sin i_1=n_2\sin i_2$, où $i_1$ est l’angle du rayon incident et $i_2$ celui du rayon réfracté. Les indices correspondent respectivement aux deux milieux ; l’expression inversant les angles est incorrecte.

Explication

La loi de Snell-Descartes donne $i_2=\arcsin\left(\frac{1{,}00}{1{,}33}\times\sin40^\circ\right)$, soit environ $28^\circ$. Les valeurs de $40^\circ$ et $49^\circ$ ne correspondent pas à l’angle réfracté de cet exemple.

Explication

La réflexion totale exige que le milieu incident soit plus réfringent, donc que $n_1 > n_2$. Pour $n_1 < n_2$, le rayon réfracté se rapproche de la normale et la réflexion totale ne peut pas se produire.

Explication

Quand $n_1 > n_2$, la loi de Snell-Descartes donne $i_1 < i_2$ : le rayon réfracté s’écarte donc de la normale et son angle est supérieur à celui du rayon incident. Au-delà de l’angle limite, le rayon réfracté n’existe plus et seul le rayon réfléchi subsiste dans le milieu incident ; les deux rayons ne conservent donc pas nécessairement le même angle.

Explication

À l’émergence rasante, $i_2=90^\circ$ et l’angle limite est donné par $i_1=\arcsin\left(\frac{n_2}{n_1}\right)$. Pour les indices indiqués, il vaut environ $49^\circ$ ; la réflexion totale survient lorsque l’angle incident dépasse cette valeur.

Explication

Lorsque l’angle incident dépasse $\arcsin(n_2/n_1)$ avec $n_1>n_2$, aucun rayon réfracté ne subsiste. Le rayon réfléchi reste dans le milieu incident : il s’agit d’une réflexion totale, et non d’une transmission à $90^\circ$.