Optique et instrumentation en 1ère
Cours complet, points clés à retenir et exercices d'entraînement de optique et instrumentation pour les élèves de 1ère. Conforme au programme officiel.
Réviser notion par notion
Ce que tu vas réviser
- Snell-Descartes
- Lentilles minces et formation des images
- Spectrophotomètre
- Fibres optiques
Lois de Snell-Descartes : réflexion et réfraction
La réflexion est le rebond de la lumière sur une surface (comme un miroir). La réfraction est la déviation de la lumière quand elle passe d'un milieu à un autre (comme l'air vers l'eau). Ces deux phénomènes obéissent à des lois mathématiques précises.
Exemple
Quand tu regardes un bâton plongé dans l'eau, il semble cassé à la surface : c'est la réfraction. Quand tu te vois dans un miroir, c'est la réflexion.
À retenir : Pour la réfraction : $n_1 \sin(i) = n_2 \sin(r)$ où n est l'indice de réfraction et i, r les angles d'incidence et de réfraction.
Lentilles minces et formation des images
Une lentille mince est un objet transparent qui dévie les rayons lumineux pour former une image. Les lentilles convergentes (bombées) rassemblent la lumière, les divergentes (creuses) l'écartent.
Exemple
Les verres de lunettes, l'objectif d'un appareil photo, la loupe que tu utilises en labo sont des lentilles minces.
À retenir : La formule de conjugaison est : $\frac{1}{f} = \frac{1}{d_o} + \frac{1}{d_i}$ où f est la distance focale, do la distance objet et di la distance image.
Spectrophotomètre : principe et utilisation
Un spectrophotomètre est un appareil qui mesure la quantité de lumière absorbée ou transmise par une solution colorée. Il permet de déterminer la concentration d'une substance en solution.
Exemple
Au labo, tu l'utilises pour mesurer la concentration d'une solution de permanganate de potassium ou de bleu de méthylène en mesurant sa couleur.
À retenir : La loi de Beer-Lambert relie l'absorbance à la concentration : $A = \varepsilon \cdot c \cdot l$ où A est l'absorbance, c la concentration et l l'épaisseur de la cuve.
Fibre optique et transmission de la lumière
Une fibre optique est un fil très fin en verre ou plastique qui guide la lumière sur de longues distances par réflexion totale interne. La lumière reste piégée à l'intérieur grâce à l'angle d'incidence.
Exemple
Les câbles Internet très rapides, la connexion fibre chez toi, les câbles médicaux pour voir à l'intérieur du corps utilisent des fibres optiques.
À retenir : La réflexion totale interne se produit quand l'angle d'incidence dépasse l'angle critique : $\sin(i_c) = \frac{n_2}{n_1}$
Les points clés
- La réfraction dépend des indices de réfraction des deux milieux en présence
- Les lentilles convergentes forment des images réelles ou virtuelles selon la position de l'objet
- Le spectrophotomètre mesure l'absorbance qui est proportionnelle à la concentration
- La fibre optique fonctionne par réflexion totale interne de la lumière
L'essentiel
La lumière se propage en ligne droite dans un milieu homogène, mais elle se réfléchit, se réfracte et peut être guidée selon les propriétés des matériaux qu'elle traverse.
Exercices d'entraînement
Entraîne-toi sur ces exercices, puis fais-toi corriger pas à pas par le tuteur.
Exercice 1
Un rayon lumineux passe de l'air (n=1) vers l'eau (n=1,33) avec un angle d'incidence de 30°. Calcule l'angle de réfraction.
Corrige cet exercice avec le tuteur →Exercice 2
Une solution a une absorbance de 0,6 pour une concentration de 0,02 mol/L dans une cuve de 1 cm. Calcule le coefficient d'extinction molaire ε.
Corrige cet exercice avec le tuteur →