Dispersion de la lumière

© Éditions Belin, Physique-chimie 2e, 2014.
ExErcicEs supplémEntairEs
15. Dispersion de la lumière • 1
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 pro-
tocole 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’in-
dice 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 fré-
quence fR du signal dans la diode rouge est différente de la fré-
quence 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 ?
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 cou-
leur différente dans une fibre optique ? Quel en serait l’intérêt
pour transmettre des signaux ?
Dispersion
de la lumière
1
7
C
h
a
p
i
t
r
e
15

© Éditions Belin, Physique-chimie 2e, 2014.
ExErcicEs supplémEntairEs
15. Dispersion de la lumière • 2
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
90°
n
Verre
270°
180°
m1
m2
m3
i2
i1
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)
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.