LE PHENOMENE DE REFLEXION TOTALE On va étudier le

LE PHENOMENE DE REFLEXION TOTALE
On va étudier le phénomène de réflexion totale pour comprendre le cheminement de la lumière dans un
fibroscope, appareil utilisé en médecine pour explorer l’intérieur du corps.
On peut trouver des vidéos intéressantes sur le lien ci-dessous :
http://www.ac-grenoble.fr/disciplines/spc/articles.php?lng=fr&pg=1060
Cette étude fait appel au phénomène de réfraction étudiée en début d’année
I) Description d’une fibre optique
Une fibre optique est un fin tube constitué d’un cœur entouré d’une gaine. Dans un fibroscope, on utilise des
fibres optiques pour éclairer une zone à explorer et pour en transmettre une image.
Fibre optique vue en coupe transversale et en coupe longitudinale
→Le cœur et la gaine sont fabriqués avec des matériaux transparents choisis de telle sorte que la lumière a
une vitesse plus faible dans le cœur que dans la gaine. Lorsque la fibre est éclairée à une extrémité, la
lumière est transmise à l’autre extrémité en restant confinée dans le cœur de la fibre, quelle que soit la
courbure de la fibre.
Fibre optique vue en coupe transversale et en coupe longitudinale
→Vous disposez d’une fibre optique. Eclairez l’extrémité de la fibre avec un laser et notez vos observations
Sachant que la lumière se propage en ligne droite dans un milieu homogène transparent , comment
expliquer son cheminement dans la fibre?
II) Phénomène de réfraction
On dispose d’un disque gradué, un demi-cylindre en plexiglas, un source de lumière
Nous avons étudié en début d’année le phénomène de réfraction
Données : nair = 1
nplexiglas =1,5
1- Étude de la réfraction de la lumière
lorsque celle-ci passe de l’air dans le
plexiglas.
1.1) Sur le schéma ci-contre, repérer et noter :
- la surface de séparation : surface séparant les 2
milieux de propagation.
- le rayon incident
- le point d'incidence I : point appartenant à
l’interface et au rayon incident.
- la normale à l'interface : droite passant par I et
perpendiculaire à l’interface
- le rayon réfracté et le rayon réfléchi.
- l'angle d'incidence i : angle entre le rayon incident et
la normale à l’interface.
- l'angle de réfraction r : angle entre le rayon réfracté et la normale à l’interface
1.2) Étude qualitative.
Augmenter l'angle d'incidence à partir de 0° jusqu’à 90°
Le rayon incident est-il plus proche de la normale à l’interface que le rayon réfracté ?
Observe-t-on toujours un rayon réfracté ?
2-Étude de la réfraction de la lumière lorsque celle-ci passe du plexiglas dans l’air.
2.1 Sur le schéma ci-contre, repérer et noter :
- l'interface ou surface de séparation
- le rayon incident
- le point d'incidence I
- la normale à l'interface
- le rayon réfracté et le rayon réfléchi.
- l'angle d'incidence i
- l'angle de réfraction r
2.2 Étude qualitative.
a) Augmenter l'angle d'incidence de 0° à 40°. Le
rayon incident est-il plus proche de la normale à
l’interface que le rayon réfracté ?
b) On continue à augmenter l’angle d’incidence i.
Décrire vos observations, en notant l’angle il à partir
duquel vous observez un changement dans le
phénomène de réfraction :
c) En vous aidant des lois de la réfraction, montrez
nair
que l’on a la relation : sinil =
n plexiglas
3-Conclusion
Quelles sont les conditions nécessaires pour que le faisceau réfracté ne soit plus observé lorsque la lumière
change de milieu ?
Que devient alors le faisceau incident ?
Expliquer comment la lumière peut rester confinée dans le cœur d’une fibre optique, quelle que soit la
courbure de la fibre, en traçant ci-dessous le cheminement d’un rayon lumineux dans le cœur de la fibre :
cœur