Séquence 3 - LeScientifique.fr

Séquence 3
1
Séquence 3 – SP20
Sommaire
P
h
y
sique : La lumière et la santé
Exercices
Devoir autocorrectif 2
É
tudiez le cha
p
itre 4 de
p
hysique des « notions fondamentales » :
P
h
y
siqu
e
: La l
u
mière
 Travaillez le cours d’a
pp
lication de
ph
ysique
p
ages suivantes.
T
ravaillez les exercices relatifs à ce cha
p
itre.
Consignes de travail
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3
Séquence 3 – SP20
Séquence 3
Ph
y
sique
Exploitation des résultats d’un TP
1.
É
tude de la réfractio
n
Le montage est constitué
d’
un
d
isque
h
orizonta
l
, gra
d
ué
d
e 0° à 360°, sur
l
eque
l
a été
fi
xé un demi-c
y
lindre en plexi
g
las (partie
g
risée).
Une lampe munie d’une
f
ente, placée sur une table horizontale, permet d’émettre
un
f
aisceau lumineux qui arrive sur le demi-c
y
lindre
.
La lumière est-elle déviée lors
q
u’elle
arrive selon la normale au dio
p
tre
(i
1
= 0
)
?
Pour un ra
y
on incident d’incidence
i
1
= 30°
,
on observe deux autres
ra
y
ons. Les représenter sur la fi
g
ure
ci-contre. Identifi er le ra
y
on réfracté
.
A
source
de lumière
disque métallique
gradué en degrès
demi-cylindre
en plexiglas
90
0
90
0
90o
90o
0I0
Activité 1
Physique
La lumière et la santé
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4
Séquence 3 – SP20
Séquence 3
Phy
s
i
qu
e
On réa
l
ise p
l
usieurs expériences et on o
b
tient
l
e ta
bl
eau suivant :
i(°)
1
0
20
30
4
5
60
70
i(°)
2
13
2
8
35
39
sini1
0
0
,
3
4
0
,5
0
0
,71
0
,
87
0
,
9
4
sini2
0,22
0,
47
0,
5
7
0,63
Comp
l
éter
l
e ta
bl
eau en uti
l
isant
l
a réponse
d
e
l
a première question et
l
e sc
h
éma
ci-
d
essous
.
T
racer le
g
raphe
sin sin
12
if i =()
su
r
u
n
e
f
euille de
p
a
p
ier millimétré en
p
la
ç
ant sin 2 i
e
n
absc
i
sse
et
sin 1 i en ordonnée.
Q
uelle
est
l’
a
ll
u
r
e
de
l
a
cou
r
be
obte
n
ue
?
Déte
rmin
e
r l
e
coeffi
c
i
e
n
t
de
p
ro
p
ortionnalité, noté n ,
e
n
t
r
e
sin 1 i
et
sin 2 i .
E
n
d
é
d
uire
l
a va
l
eur
d
e
l’
in
d
ice
d
e ré
f
raction du plexiglas
.
2
. Réflexion total
e
On réalise l’ex
p
érience ci
-
co
n
t
r
e
.
Pourquoi
l
e rayon
inci
d
ent n
’
est-i
l
pas
d
évié à
l’
entrée
d
u
p
l
exig
l
ass ?
Pourquoi
l’
ang
l
e i2
est-i
l
supérieur à
l’
an
gl
e
i1 ?
90o
90o
0i1
i2
Source
de lumière
I0
90o
90o
0i1
i2
Source
de lumière
Plexiglass
I0
Activité 2
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Séquence 3 – SP20
L’indice du plexi
g
las est é
g
al à 1,45
.
À
p
artir de
q
uelle valeur limite de 1 i , not
é
e 1 lim i
,
le ra
y
on réfracté dis
p
araît-il ?
Utilisation de la réflexion totale
en médecine : la fibroscopie
1
.
P
r
i
nc
i
pe
d
e
l
a
fib
re opt
i
qu
e
La lumière peut être
g
uidée ; des « tubes » d’eau (indice 1,33) ou de verre (indice
1,50)
p
lacés dans l’air (indice 1,00)
p
euvent ainsi conduire la lumière.
Pour que la lumière soit guidée, il faut que :
l'indice de réfraction de ce « guide » soit supérieur à l’indice du milieu extérieur.
et que l'angle d'incidence de la lumière sur la paroi de séparation des deux
milieux soit supérieur à l’angle limite max i .
Les fi bres o
p
ti
q
ues
p
ermettent de conduire
l
a
l
u
mi
è
r
e
su
r
de
t
r
ès
g
randes distances
.
Une
fi
bre de verre
p
eut
ê
tre constitu
é
e :
d'
une partie externe
d'
in
d
ice de ré
f
raction n1 ;
d'une
p
artie centrale, a
pp
elée « cœur », d’indi
c
e
de
r
é
fr
act
i
o
n n2 .
La di
ff
érence d’indice entre le cœur de la
fi
bre et sa partie externe est toujours
très
f
aible
(
par exemple
:
n1 =150,
et
n2 =152,
)
.
Il existe aussi des fi bres en matière
p
lasti
q
ue
.
Un ra
y
on lumineux se propa
g
eant dans le cœur de la
fi
bre subit une ré
fl
exion
totale s’il aborde la couche externe d’indice plus faible avec un an
g
le d’incidence
supérieur à
l’
ang
le
l
imi
te
imax
cor
respon
d
ant.
La propagation de la lumière se
f
ait donc par ré
fl
exions successives.
B
n1
n2
n1n2
Séquence 3
Ph
y
sique
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Séquence 3 – SP20
Séquence 3
Phy
s
i
qu
e
2
. La fibrosco
p
i
e
Lire le document suivant puis répondre aux questions.
R
é
p
ondre aux
q
uestions suivantes
:
Q
uel est le rapport entre les diamètres de l’endoscope le plus
g
rand et celui
d
’une fi bre o
p
ti
q
ue interne à cet endosco
p
e
?
P
our
q
uoi introduit-on 2 câbles dans le cor
p
s du
p
atient ?
E
st-il possible d’opérer en utilisant la
fi
broscopie ?
« Une fibroscopie s’effectue à l’aide d’un endoscope souple
formé d’une gaine étanche de 40 à 160 centimètres de lon-
gueur et de 5 à 12 millimètre de diamètre.
La gaine contient un ensemble de fibres optiques de diamè-
tre
10
m
μμ
environ ; à l’extrémité des fibres, on forme, à l’aide
d’une lentille, l’image de la partie à observer. Cette image est
transmise par les fibres optiques jusqu’à l’observateur.
Pour obtenir une image de 1 mm2 , il faut environ 10 000
fibres.
Le câble introduit dans la cavité à observer est en général
double :
* l’un conduit la lumière d’éclairage, fournie par une lampe située
à l’extérieur de l’appareil, permettant ainsi l’observation
* et l’autre sert à transmettre l’image.
Applications en médecine : exploration visuelle de l’estomac,
du côlon, de l’intestin grêle, des bronches, de la vessie, de
l’oropharynx, des voies biliaires…
Il est possible d’installer une sonde d’échographie à l’extré-
mité d’un fibroscope (écho endoscopie) pour l’étude fine des
tumeurs digestives ou analyse du pancréas, …
Une fibre supplémentaire transportant une lumière laser
permet éventuellement de faire de la microchirurgie.
On peut, grâce à la fibroscopie, observer, photographier, fil-
mer, effectuer des prélèvements, retirer des corps étran-
gers, casser ou extraire des calculs, retirer ou détruire des
tumeurs, coaguler des vaisseaux qui saignent, ponctionner
des poches de liquide.
Les fibroscopes seront remplacés par des vidéos endosco-
pes, appareil ayant le même aspect mais comportant à leur
extrémité une microcaméra de télévision. »
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