QCM : Réfraction de la lumière — 10 questions

Questions et réponses du QCM

1. Dans un milieu transparent et homogène, comment la lumière se propage-t-elle ?

En spirale régulière
En cercle autour de la source
En ligne droite
En zigzag progressif

En ligne droite

Explication

Dans un milieu transparent et homogène, la lumière suit une propagation rectiligne. La réfraction correspond plutôt à une modification du trajet lors du passage entre deux milieux différents.

2. Lorsqu’une partie de la lumière passe dans un second milieu tandis qu’une autre partie n’y pénètre pas, quels phénomènes observe-t-on ?

Les deux parties poursuivent leur trajet sans changement
Les deux parties sont absorbées par le premier milieu
La partie transmise est réfractée et l’autre est réfléchie
La partie transmise est réfléchie et l’autre est réfractée

La partie transmise est réfractée et l’autre est réfléchie

Explication

La lumière qui passe dans le second milieu est réfractée, tandis que la partie qui n’y passe pas est réfléchie. Confondre ces deux phénomènes revient à attribuer la réflexion au rayon transmis.

3. Quelle relation géométrique les rayons incident et réfracté vérifient-ils selon la première loi de Snell-Descartes ?

Ils suivent des plans parallèles distincts
Ils sont perpendiculaires à la surface
Ils forment un cercle autour de la normale
Ils appartiennent au même plan

Ils appartiennent au même plan

Explication

La première loi de Snell-Descartes place le rayon incident et le rayon réfracté dans un même plan. Elle ne stipule pas que ces rayons sont perpendiculaires à la surface.

4. Comment les rayons incident et réfracté se situent-ils par rapport à la normale au point d’incidence ?

Ils sont tous deux du côté du milieu incident
Ils sont confondus avec la normale au point d’incidence
Ils sont de part et d’autre de la normale
Ils sont tous deux du côté du milieu réfracté

Ils sont de part et d’autre de la normale

Explication

La deuxième loi de Snell-Descartes indique que les rayons incident et réfracté se trouvent chacun d’un côté de la normale. Ils ne sont donc pas situés du même côté de cette ligne de référence.

5. Quelle équation relie les indices de réfraction et les angles d’incidence et de réfraction ?

n1cos(i)=n2cos(r)n_1\cos(i)=n_2\cos(r)
n1sin(r)=n2sin(i)n_1\sin(r)=n_2\sin(i)
n1sin(i)=n2sin(r)n_1\sin(i)=n_2\sin(r)
n1i=n2rn_1 i=n_2 r

$$n_1\sin(i)=n_2\sin(r)$$

Explication

La troisième loi de Snell-Descartes s’écrit n1sin(i)=n2sin(r)n_1\sin(i)=n_2\sin(r), en associant l’indice de chaque milieu à l’angle correspondant. L’expression échangeant les angles attribue donc les mauvais angles aux indices.

6. Comment définit-on l’indice de réfraction d’un milieu ?

Comme le rapport de la vitesse dans le vide à celle dans le milieu
Comme la somme des vitesses dans le vide et dans le milieu
Comme la différence entre ces deux vitesses
Comme le rapport de la vitesse dans le milieu à celle dans le vide

Comme le rapport de la vitesse dans le vide à celle dans le milieu

Explication

L’indice de réfraction compare la vitesse de la lumière dans le vide à sa vitesse dans le milieu étudié. Le rapport inverse donnerait une grandeur différente et ne correspond pas à la définition de l’indice.

7. Dans la relation n=cvn=\frac{c}{v}, que représentent respectivement cc et vv ?

La vitesse dans le vide et la vitesse dans le milieu
La vitesse de propagation et la longueur d’onde
La vitesse dans le milieu et la vitesse dans le vide
La célérité de la source et la fréquence de l’onde

La vitesse dans le vide et la vitesse dans le milieu

Explication

Dans cette formule, cc désigne la vitesse de la lumière dans le vide et vv sa vitesse dans le milieu étudié. Intervertir ces symboles inverse le rapport et ne permet plus de calculer l’indice de réfraction.

8. Pourquoi l’indice de réfraction d’un milieu n’est-il pas inférieur à 1 ?

Parce que la lumière est immobile dans tout milieu matériel
Parce que l’indice mesure une distance parcourue par la lumière
Parce que la vitesse dans le vide ne peut pas être dépassée
Parce que la vitesse dans le milieu égale toujours celle du vide

Parce que la vitesse dans le vide ne peut pas être dépassée

Explication

Comme la vitesse de la lumière dans le vide est indépassable, la vitesse dans un milieu ne peut pas lui être supérieure, ce qui impose un indice au moins égal à 1. L’indice est un rapport de vitesses, et non une distance.

9. Comment la vitesse de propagation de la lumière dans l’air se compare-t-elle à celle mesurée dans le vide ?

Elle est nettement inférieure à celle mesurée dans le vide
Elle varie fortement selon la température de l’air
Elle est presque égale à celle mesurée dans le vide
Elle est environ deux fois supérieure à celle mesurée dans le vide

Elle est presque égale à celle mesurée dans le vide

Explication

Dans l’air, la lumière se propage à une vitesse presque identique à celle qu’elle atteint dans le vide. La diminution importante de vitesse concerne plutôt certains autres milieux traversés par la lumière.

10. Une lumière passe de l’air à un milieu matériel où sa propagation est plus lente : quelle comparaison décrit correctement sa vitesse dans l’air ?

Elle devient supérieure à sa vitesse dans le vide
Elle est presque égale à sa vitesse dans le vide
Elle est inférieure à sa vitesse dans le milieu matériel
Elle est identique à sa vitesse dans tous les milieux

Elle est presque égale à sa vitesse dans le vide

Explication

La vitesse de la lumière dans l’air reste presque celle du vide, tandis qu’elle peut être plus faible dans un autre milieu matériel. Dire qu’elle est identique dans tous les milieux néglige donc l’effet du milieu traversé.

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Qu'impose un milieu transparent et homogène à la lumière ?

La lumière se propage en ligne droite.

Quel phénomène subit la lumière en changeant de milieu ?

La lumière est réfractée.

Que devient la partie de lumière qui ne traverse pas le second milieu ?

Elle est réfléchie.

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