Texte du TP

La fibroscopie pour voir à l’intérieur du corps
Objectifs :
 Découvrir les phénomènes de réflexion, réfraction et réflexion totale
 Expliquer pourquoi la lumière peut rester confinée dans le cœur d’une fibre
optique.
I. Etude de document
Le tableau suivant donne la vitesse de la lumière dans différents milieux transparents :
Le fibroscope est un tuyau souple permettant d'explorer l'intérieur du corps. Il
contient des fibres optiques qui ont la propriété de conduire la lumière.
Une fibre optique est un fin tuyau constitué d'un coeur entouré d'une gaine. 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 coeur 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 coeur de la fibre, quelle que soit la courbure de celle-ci.
Dans un fibroscope, les fibres optiques permettent d'éclairer la zone à explorer
et d'en transmettre une image.
Alors que la fibre optique est constituée de matériaux transparents,
comment la lumière y reste-t-elle piégée ?

1°) Quelle proposition des élèves ci-dessus peut-on facilement rejeter en s'appuyant sur
des observations de la vie quotidienne et sur les données du tableau ?
II. Quand la lumière passe de l’air au plexiglas
Réaliser l’expérience suivante :
 Allumer la lanterne et disposer le
plateau tournant faisant office de
rapporteur afin que le faisceau
lumineux passe sur l'axe (0° - 0°) du
rapporteur.
 Installer le bloc de plexiglas demi-
cylindrique afin d’étudier le passage
de la lumière à travers la surface de
séparation plane ; faire tourner le
plateau d’environ 40° (angle i
représenté sur la figure).
 Faire ensuite varier i de 0 à 90° tout
en observant la situation.
Observer et interpréter :
2°) Que devient le faisceau lumineux après avoir atteint l'interface air-plexiglas?
3°) Compléter la figure ci-dessous en traçant:
- en pointillés, la droite, appelée normale (N). orthogonale en I à l'interface air-plexiglas,
- les rayons de lumière observés.
4°) L'un d'eux est appelé rayon réfléchi et l'autre rayon réfracté. Identifier ces rayons sur le
schéma.
5°) L'angle d'incidence est l'angle i entre le rayon incident et la normale (N). Indiquer î sur le
schéma. À quelle condition un rayon est-il transmis sans être dévié ?
III. Quand la lumière passe du plexiglas à l’air
Réaliser l’expérience suivante :
 Placer le demi-cylindre de plexiglas
pour que la lumière arrive sur sa
surface plane après avoir traversé le
verre.
 Faire varier l’angle d’incidence de 0
à 90°.
Observer et interpréter :
6°) Existe-t-il toujours un rayon réfléchi ? un rayon réfracté ?
7°) Quelles sont les conditions nécessaires pour que le rayon réfracté ne soit plus observé
lorsque la lumière change de milieu ?
8°) Que devient alors le rayon incident ?
IV. Conclusion
9°) Expliquer comment la lumière peut rester confinée dans le cœur d’une fibre optique.