PHYSIQUE - OPTIQUE Examen terminal du 14/12/10 – PCSTM

UNIVERSITE DE RENNES 1
Licence STS, L1
2010-2011
PHYSIQUE - OPTIQUE
Examen terminal du 14/12/10 – PCSTM
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Soignez la rédaction – Numérotez les réponses
Durée conseillée : 1h.
La feuille de figures est à rendre avec la copie.
Exercice 1. Fibre optique (3 questions de cours indépendantes)
Soit une fibre de verre cylindrique constituée d’un cœur de rayon 5 µm et d’indice de
réfraction n1=1,52 et d’une gaine d’indice de réfraction n2=1,47. On injecte une lumière infrarouge de longueur d’onde 1,55 µm et de puissance 1 mW dans le cœur de la fibre.
a) Calculez la longueur d’onde de la lumière dans la fibre.
b) Calculez l’intensité lumineuse dans la fibre.
c) Donnez l’expression de l’angle limite au-delà duquel le rayon est totalement réfléchi
(voir la figure 1).
Exercice 2. Microscope
On considère le microscope représenté schématiquement sur la figure 2. Les caractéristiques
de l’instrument sont : longueur de tube D = F1′F2 = 160 mm et grandissement de l’objectif
γ = – 40. On suppose que l’observateur est emmétrope et n’accommode pas.
a) Tracez la marche des rayons lumineux indiqués sur la figure, jusqu’à la sortie du
système.
b) Donnez une expression littérale de la position de l’objet. (Ecrivez soit F1A , soit O1A ).
c) Calculez la distance focale image de l’objectif. Application numérique.
Exercice 3. Télescope de Grégory (certaines questions peuvent être traitées
indépendamment des précédentes)
On considère le télescope représenté schématiquement sur la figure 3. Les caractéristiques de
l’instrument sont : rayon de courbure du miroir primaire (M1) S1C1 = 2 m, rayon de courbure
du miroir secondaire (M2) S2C 2 = 1 m, et distance S1S2 = 1,625 m (= 138 m). On considère
un objet A à l’infini sur l’axe.
a) Positionnez les foyers des deux miroirs sur la figure 3.
b) Donnez sans calcul la position de l’image intermédiaire A1 formée par le miroir
primaire.
c) Montrez que la position de l’image A2 donnée par le miroir M2 est S2 A 2 = 2,5 m.
d) Positionnez A1 et A2 sur la figure et tracez la marche des rayons jusqu’en A2.
e) Calculez le grandissement transversal de M2.
f) Pour un objet à l’infini de diamètre apparent θ, exprimez la taille de l’image
intermédiaire A1B1 puis celle de l’image finale A2B2.
g) Que faut-il ajouter au système pour qu’un astronome puisse effectuer une observation
à l’œil.
Examen L1-PCSTM 14/12/2010
Feuille de figures à rendre avec la copie
N° Anonymat :
Figure 1 : plan de coupe de la fibre optique
Figure 2 : microscope (dessin schématique, les échelles ne sont pas respectées)
Examen L1-PCSTM 14/12/2010
Feuille de figures à rendre avec la copie
N° Anonymat :
Figure 3 : télescope à deux miroirs concaves (configuration de Grégory). Le miroir M1 est percé d’un trou à son
sommet.