TP2reflexion

Activité expérimentale n°2 Chap 2 : Réflexion et réfraction de la lumière
La Santé
I- L'expérience d'Archimède
Sur le bureau de l'ordinateur dans le fichier élève lance « ExpRefraction.swf »
C’est Archimède ( 287-212 av J.-C.) qui a décrit pour la première fois le phénomène de réfraction de la lumière :
« si tu poses un objet au fond d’un récipient et si tu t’éloignes du récipient jusqu’à ce que l’objet ne se voie plus, tu le verras
réapparaître de là où tu es si quelqu’un remplit le récipient d’eau ».
1- Complète les schémas ci-dessous en représentant le chemin suivi par la lumière (que l’on appelle le rayon de lumière) entre la pièce
et l’œil de l’observateur.
2- Explique pourquoi la pièce n’est pas visible lorsque la lumière se propage dans l’air, mais devient visible lorsque la cuve est remplie
d’eau.
II- Étude expérimentale du phénomène de réfraction
a) Apprenons le vocabulaire adapté
La surface de séparation entre 2 milieux différents est appelée un _____________________ .
Le rayon lumineux qui se dirige vers le dioptre dans le milieu 1 est appelé rayon ____________________ .
Le rayon lumineux qui s’éloigne du dioptre dans le milieu 2 est appelé rayon ___________________________ .
Le rayon incident rencontre le dioptre en un point I appelé point d’_______________________ .
La droite passant par I et perpendiculaire au dioptre s’appelle la normale au dioptre .
Le plan contenant le rayon incident et la normale au dioptre s’appelle le plan d’incidence.
L’angle d’incidence i est l’angle entre le rayon incident et la normale au dioptre.
L’angle de réfraction i est l’angle entre le rayon réfracté et la normale au dioptre.
Attention ! les angles sont mesurés par rapport à la normale au dioptre, et non pas par rapport au dioptre.
b) Description du matériel disponible :
On dispose d’un demi-cylindre en plexiglas et d’une source de lumière
qui émet un faisceau lumineux étroit et pratiquement parallèle que l’on assimilera à un rayon lumineux.
Expérience n°1 :
3- Que devient le faisceau lumineux après avoir atteint
Installer le bloc de plexiglas demi-cylindre D comme sur la figure l'interface air-plexiglas ?
afin d'étudier le passage air-plexiglas sur la surface de
séparation plane D :
4- Recopier et compléter le schéma au tableau en traçant la
normale (N) et les rayons de lumière observés.
5- A quelle condition un rayon est-il transmis sans être dévié ?
Expérience n°2 :
Tourner le plateau de manière à être dans la situation ci contre
afin d'étudier le passage plexiglas-air sur la surface de
séparation plane de D.
Augmenter lentement l'angle d'incidence i en faisant tourner le
plateau.
6- Pour un angle d'incidence petit, que devient le faisceau
lumineux après avoir atteint la surface plane séparant le plexiglas
et l'air ?
7- Quelle différence observez-vous avec l'expérience n°1 ?
8- Pour un angle d'incidence plus grand, le rayon réfracté existet-il pour n'importe quel angle i ? Faites un schéma
9- Même question pour l'angle réfléchi ? Faites un schéma
III- Application : La fibroscopie
Document 1 : Le principe de la lumière guidée dans une fibre
optique
Il est possible de guider la lumière par réflexion totale. Le faisceau du
laser subit de proche en proche des réflexions totales multiples et se
trouve canalisé à l'intérieur de la tige en verre.
Deux conditions sont nécessaires :
– l'indice de réfraction du verre (1er milieu traversé) est supérieur à
celui de l'air ;
– i>ic
Une fibre optique à saut d'indice est constituée de deux verres d'indices de réfraction voisins mais très
légèrement différents.
Le premier milieu (silice très pure) constitue le cœur de la fibre de quelques nanomètres de diamètre, le deuxième
milieu moins réfringent que le premier forme la gaine de la fibre de 1mm de diamètre.
L'ensemble est protégé par un habillage opaque (téflon) et possède une grande flexibilité.
La lumière pénètre dans le cœur de la fibre sous un angle d'incidence i 1>ic et est transmise par réflexions totales
répétées sur la surface de séparation cœur-gaine.
Le cœur de la fibre est caractérisée par un indice de réfraction n 1 supérieur à celui de la gaine n2.
Les câbles optiques sont utilisés en télécommunications.
Document 2 : Des applications de la fibroscopie
Le fibroscope est très employé en médecine, c'est un cordon souple de très petit diamètre réunissant plusieurs
fibres optiques à fort saut d'indice, muni d'un système d'éclairage et d'une petite caméra vidéo permettant de
visualiser les cavités internes du corps.
Il peut être doté d'accessoires servant à insuffler et à aspirer de l'air, pratiquer des prélèvements, pour extraire
des corps étrangers, attraper des polypes etc.
La fibroscopie est utilisées à des fins diagnostiques, pour examiner des organes internes (bronches, œsophage,
estomac, côlon...) ou thérapeutiques pour traiter une maladie ou un traumatisme.
Cette méthode d'exploration et d'imagerie médicale se fait par voir naturelle quand cela est possible ou par
incision.
Elle est pratiquée dans de nombreux domaines : pneumologie, gastro-entérologie, urologie, gynécologie,
rhumatologie...)
1- Quelles sont les deux conditions pour que le faisceau laser subisse une réflexion totale dans une fibre optique ?
2- Citez une application des fibres optiques.
3- Quels sont le constituants essentiels d'une fibre optique ?