reflexion totale et fibre optique - Académie de Nancy-Metz

TP : Réflexion totale et fibre optique (1H30)
L'étude de la réfraction d'un point de vue théorique n'est pas étudiée
ici. Les élèves doivent simplement constater avec une lanterne et un
hémicylindre, les conditions d'une réflexion totale (observations
qualitatives et non quantitatives).
Applications du phénomène de réflexion totale : fontaine lumineuse,
fibre optique.
A partir d'un site Internet, les élèves effectuent une recherche
documentaire sur les applications médicales (travail à la maison). REFLEXION TOTALE ET FIBRE OPTIQUE
1. REFRACTION ET REFLEXION (expérience élève)
1.1 Expérience (rappel de seconde)
Un rayon lumineux passant d'un milieu transparent à un autre milieu
transparent change de direction : c'est le phénomène de réfraction. Remarque : la réfraction s'accompagne toujours d'une réflexion. 1.2 Mesures
Vérifier que l'on obtient i1 = i' et i1 ? i Pour quelles valeurs de i1 observe-t-on un phénomène de réfraction ? 1.3 Indice de réfraction d'un milieu transparent
Chaque milieu transparent est caractérisé par une grandeur appelée indice
de réfraction, notée n.
exemples :
. n(air) = n(vide) = 1
. n (verre) = 1,5
1.4 Conclusion On a observé un phénomène de réfraction accompagné d'une réflexion pour
toutes les valeurs de i1. Dans les cas où l'indice du milieu n°1 est
inférieur à l'indice du milieu n°2, seule une partie de la lumière
incidente est réfléchie.
2. LA REFLEXION TOTALE (expérience élève)
2.1 expérience : . milieu 1 : le verre n = 1,5
. milieu 2 : l'air n = 1
On utilise l'hémicylindre en plexiglas A partir des observations expérimentales, compléter le schéma pour i1 =
35°.
. Compléter le schéma pour i1 = 60 °.
. A partir de quelle valeur de i1 (notée ilimite) n'observe-t-on plus de
rayon réfracté ?
. Que devient alors la lumière incidente (observer le rayon réfléchi) 2.2 Conclusion
Un rayon lumineux peut subir une réflexion totale en passant d'un milieu
transparent à un autre milieu transparent d'indice plus petit. V La réflexion totale se produit si i1 > ilimite.[pic] 3. LA LUMIERE GUIDEE
3.1 La fontaine lumineuse (expérience professeur) Noter les observations quand on laisse l'eau couler.
3.2 La fibre optique (expérience professeur ou élève) Une fibre optique est un fil de verre transparent très fin qui a la
propriété de conduire la lumière.
On utilisera la lumière du laser. Questions :
V peut-on voir la lumière se propager dans l'air ?
V voit-on la lumière se propager dans la fibre optique ?
V qu'observe-t-on à l'extrémité de la fibre optique ?
V schématiser le trajet d'un rayon lumineux dans la fibre optique.
4. APPLICATIONS MEDICALES Travail personnel : trouver trois applications médicales qui utilisent la
fibroscopie. http://www.doctissimo.fr/html/sante/imagerie/cystoscopie.htm fiche réponse : L'endoscopie consiste à introduire une fibre optique (ou "endoscope") dans
un conduit ou une cavité de l'organisme. Cette technique est le plus
souvent utilisée pour rechercher visuellement la cause d'un trouble.
4.1 La fibroscopie oeso-gastro-duodénale Son principe consiste à explorer la paroi interne (muqueuse) de la partie
supérieure du tube digestif : oesophage, estomac et duodénum (toute
première portion du petit intestin) à l'aide d'un endoscope (fibre optique)
introduit par la bouche.
L'appareil optique (endoscope) se compose d'un câble souple de quelques
millimètres de diamètre muni d'une fibre optique. Il possède une source
lumineuse à l'une de ses extrémités. Les plus performants utilisent une
mini caméra et sont connectés à un écran vidéo. Ils peuvent être équipés de
pinces afin de réaliser des prélèvements pour une analyse en laboratoire.
Un système de commande permet à l'extrémité de l'endoscope de pivoter pour
aider la progression en suivant les courbures de l'intestin.
4.2 La fibroscopie bronchique Son principe consiste à explorer une articulation à l'aide d'un endoscope à
fibre optique introduit directement dans l'articulation. On réalise des arthroscopies essentiellement au niveau du genou et de
l'épaule.
Cet examen étudie les structures articulaires (cartilages, ménisques,
ligaments) afin de :
. déceler les anomalies.
. effectuer des prélèvements.
. réaliser de petits gestes chirurgicaux (suture d'un ménisque, ablation
de débris, lavage articulaire...). 4.3 La cystoscopie Son principe consiste à explorer la paroi interne de la vessie à l'aide
d'un endoscope (fibre optique) introduit par les voies urinaires.
.
Elle recherche :
. un cancer.
. des polypes.
. une inflammation ou infection.
. une malformation... -----------------------
V E R R E A I R i2 rayon réfracté i' i1 dioptre rayon réfléchi rayon incident N N' 0 0 90° 90° laser