Examen Déviation Lumière & Fibres Optiques - Physique Lycée

SCIENCES PHYSIQUES ET CHIMIQUES / Module SL1 1ère BAC PRO
J.GARCIA
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Nom : Prénom : Classe :
Evaluation SL1 : Déviation de la lumière + Fibres Optiques (………. /10)
« La lumière te guidera alors suis la, mais prend ton temps, elle ne s’enfuira pas … »
Connaissance, es-tu là ? Et la lumière fut : (1,5 points)
1 - Rappelez la loi de la réflexion et faites un schéma explicatif (0,5)
2 - Rappeler la loi de la réfraction de Snell-Descartes (par une formule) et faites un schéma explicatif : (0,5)
3 - Expliquer ce qu'est un indice de réfraction : (0,5)
Exercice 1 : Petit échauffement pour de grands esprits (2 points)
1.1 Un rayon lumineux se propage dans l’air d’indice n1=1 et arrive avec une incidence de 60° sur une paroi en diamant
d’indice n2=2,42.
 Calculer l’angle de réfraction i2 que va prendre le rayon dans le diamant : (1)
1.2 Un rayon lumineux se propage dans un milieu 1 d’indice n1=1,55 et arrive à la frontière d’un deuxième milieu avec une
incidence de 30°. Il passe dans le milieu 2 avec un angle de réfraction de 45°.
 Calculer l’indice de réfraction n2 : (1)

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Exercice 2 : La lumière peut-elle se noyer ? (2 points)
Mode opératoire :
Un demi-cylindre contenant de l’eau est placé sur un disque gradué en degrés, comme indiqué sur le schéma ci-
dessous. Un rayon lumineux est envoyé à travers l’eau (milieu 1) contenue dans le demi-cylindre, puis ressort dans l’air
(milieu 2). L’angle i1 est l’angle d’incidence ; l’angle i2 est l’angle de réfraction.
On fait varier la valeur de l’angle d’incidence i1 et on mesure sur le disque gradué la valeur de l’angle de réfraction i2
correspondant.
Voici le tableau des mesures obtenues :
2.1 À partir de ce tableau, calculer l'indice de réfraction de l'eau (n1) sachant que l'indice de réfraction de l'air (n2) vaut 1.
Justifier vos calculs (1)
2.2 Si l’on poursuit l’expérience décrite précédemment, on constate que lorsque la valeur de l’angle d’incidence i1 est
supérieure à 48,5°, il n’y a plus de rayon réfracté. Que s’est il passé ? (1)

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Exercice 3 : La fibre optique (4,5 points)
Vous disposez d’une fibre optique à la maison et vous souhaitez envoyer un signal lumineux avec un laser. Vous
inclinez le laser de 20° par rapport à l’axe de la fibre et vous voulez savoir si le signal va traverser toute la fibre.
1) Calculer l'angle de réfraction i2 en A, lorsque la lumière réfracte dans le cœur de la fibre : (1)
2) Tracer le trajet du rayon lumineux dans la fibre. (0,5)
3) Calculer l'angle d'incidence du rayon lumineux lorsque qu’il atteint la frontière de séparation coeur-gaine : (1)
4) Calculer l'angle limite entre le cœur et la gaine : (iL = Arcsin(ng/nc)) (0,5)
5) Comparer l’angle d’incidence avec l’angle limite calculée précédemment. Et dites, si on a de la réfraction ou de la
réflexion totale. (1)
6) Le signal lumineux va-t-il traverser la fibre ? (Justifier votre réponse) (0,5)