17 Cha Exercices supplémentaires Dispersion 15 de la lumière p it re 1 Méthode de Ptolémée adaptée au dioptre verre/air [ Exploiter un document • Proposer un protocole • Réaliser un schéma • Restituer ses connaissances ] L’expérience historique de Ptolémée pour l’étude de la réfraction eau/air a été présentée dans l’exercice guidé 22, page 290 du manuel. On dispose d’un hémicylindre en verre, d’une feuille de papier comportant un cercle rapporteur centré sur le point O, des axes (Ox,Oy), de trois épingles et d’un support plan en liège. 1. a. En se référant à la méthode de Ptolémée, proposer un protocole permettant d’étudier la réfraction de la lumière sur le dioptre verre/air. b. Schématiser le dispositif vu de dessus et y tracer le rayon lumineux analogue à celui représenté sur le document 2 page 290 du manuel. 2. Énoncer la loi de la réfraction qui permet de déterminer l’indice de réfraction n du verre. 3. Quelle courbe expérimentale a pour pente la valeur de n ? 2 Plusieurs informations dans une même fibre optique [ Mobiliser ses connaissances • Faire preuve d’initiative, Extraire l’information ] On dispose de deux diodes laser, l’une émettant un rayon de couleur rouge et l’autre de couleur verte, ces deux lumières étant considérées comme monochromatiques. L’intensité lumineuse émise par chaque diode varie de façon périodique comme le signal électrique qui les alimente. La fréquence fR du signal dans la diode rouge est différente de la fréquence fV du signal de la diode verte. Inversement un phototransistor convertit un signal lumineux dont l’intensité varie de façon périodique en un signal électrique de même fréquence. Les deux rayons lumineux sont introduits à l’entrée d’une même fibre optique en verre qui les transporte jusqu’à un point de sortie. 1. a. Quel intérêt présente la fibre optique dans le transport de la lumière ? © Éditions Belin, Physique-chimie 2e, 2014. b. Comment qualifier les réflexions qui se produisent dans la fibre de verre ? 2. Proposer un système permettant de séparer les deux signaux lumineux à la sortie de la fibre optique et de restituer les signaux électriques de fréquence fR et fV. 3. Pourrait-on transporter plus de deux signaux lumineux de couleur différente dans une fibre optique ? Quel en serait l’intérêt pour transmettre des signaux ? 15. Dispersion de la lumière • 1 Exercices supplémentaires Corrigés 1 Méthode de Ptolémée adaptée au dioptre verre/air [ Exploiter un document (APP) • Proposer un protocole (ANA) • Réaliser un schéma (REA) • Restituer ses connaissances (ANA) ] 1.a. [APP, ANA] On centre l’hémicylindre sur le cercle rapporteur, le tout placé sur un support horizontal. On plante verticalement une épingle en m3 sur le bord de l’hémicylindre et une épingle en m2. On cherche la position de l’œil permettant de voir les épingles m3 et m2 alignées. Planter verticalement une épingle en m1 de sorte qu’elle se superpose exactement à la vision de m3 et de m2. b. [REA] o m1 i1 m2 90° 270° i2 n Verre m3 180° 2. [ANA] sini1 = nsini2. 3. [ANA] La courbe représentant sini1 en ordonnées et sini2 en abscisses est une droite de pente égale à n. 2 Plusieurs informations dans une même fibre optique [ Mobiliser ses connaissances (VAL) • Faire preuve d’initiative (AUTO) • Extraire ­l’information (APP) ] 1.a. [VAL, APP] La fibre optique permet de transporter la lumière avec très peu de perte sur des distances importantes (chapitre 7 : endoscope page 131) © Éditions Belin, Physique-chimie 2e, 2014. b. [VAL] Il y a réflexion totale des rayons lumineux sur la surface de la fibre 2. [VAL, AUTO] Il faut séparer les deux radiations lumineuses par un système dispersif (prisme ou réseau) et éclairer chaque phototransistor par chacune des radiations. Un phototransistor va délivrer un signal électrique qui reproduira le signal faisant varier l’intensité lumineuse de chaque radiation. 3. [AUTO] Rien n’empêche de propager plus de deux signaux lumineux de longueurs d’onde différentes dans la fibre optique et donc de transmettre plusieurs signaux électriques à condition de pouvoir les séparer à la sortie de la fibre. 15. Dispersion de la lumière • 2