Nous avons précédemment mis en évidence le

TP N°3 : Étude du phénomène de réfraction.
Nom :……………………… 2nde….
I) Objectifs : étudier qualitativement le phénomène de réfraction et de réflexion totale pour comprendre le
cheminement de la lumière dans un fibroscope.
II) La fibre optique : description
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
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.
Pourtant, la lumière se propage en ligne droite dans un milieu homogène transparent … !!!???
III) Pour comprendre le cheminement de la lumière dans une fibre optique, nous allons observer ce qui
peut se produire lorsque la lumière change de milieu de propagation
A) Matériel utilisé :
Une platine constituée d'un disque gradué, un demi-cylindre en plexiglas, un laser émettant un fin faisceau
lumineux.
Données : la vitesse de propagation de la lumière dans l’air est proche de 3,0.108 m.s-1, la vitesse de propagation
de la lumière dans le plexiglas est proche de 2,0.108m.s-1.
B) 1er cas : Étude de la réfraction de la lumière lorsque celle-ci passe de l’air dans le plexiglas.
B.1) Sur le schéma ci-contre, repérer et noter :
- l'interface ou 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
B.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 ?.........
NOM : ……………………………………….. classe :……………….
C) 2ème cas : Étude de la réfraction de la lumière lorsque celle-ci passe du plexiglas dans l’air.
C.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
C.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 i à partir
duquel vous observez un changement dans le
phénomène de réfraction :
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D) Conclusion
Quelles sont les conditions nécessaires pour que le faisceau réfracté ne soit plus observé lorsque la lumière
change de milieu ?
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Que devient alors le faisceau incident ?
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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