On donne la vitesse de propagation de la lumière dans différents milieux transparents :

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1 Partie SANTE Ch 2 Imagerie Médicale ACTIVITE EXPERIMENTALE LA FIBRE OPTIQUE ET LA FRIBROSCOPIE Objectif : Pratiquer une démarche expérimentale pour comprendre le principe des méthodes d exploration et l influence des propriétés des milieux de propagation. Pratiquer une démarche expérimentale sur la réfraction et la réflexion totale. Une fibre optique est un fin tuyau constitué d un cœur entouré d une gaine. Le cœur et la gaine sont fabriqués avec des matériaux transparents choisis de telle sorte que la lumière a une vitesse plus faible dans le cœur que dans la gaine. Lorsque la fibre est éclairée à une extrémité, la lumière est transmise à l autre extrémité en restant confinée dans le cœur de la fibre, quelque soit la courbure de celle-ci. Le fibroscope est un instrument utilisé en médecine pour explorer les organes à l intérieur du corps comme les muqueuses ou l estomac. Il est constitué de deux fibres optiques, l une pour éclairer la zone à examiner, l autre pour transmettre des images vidéo à l opérateur. I / MISE EN EVIDENCE DU PHENOMENE DE REFLEXION / REFRACTION: (APP) A) Notation : Un faisceau laser est envoyé obliquement à la surface de l eau contenue dans un récipient en verre. Légender le schéma cicontre avec les mots suivants : air, eau, surface de séparation, normale rayon incident, rayon réfracté, rayon réfléchi, angle d incidence i 1, angle de réfraction i 2, angle réfléchi i r B) Dispositif expérimental : Un demi cylindre en verre, nommé dioptre, est placé sur un disque gradué. Une lanterne munie d une fente permet d isoler un fin pinceau de lumière. Le disque gradué permet de mesurer l angle que fait le rayon de lumière avec la normale à la surface de séparation. On donne la vitesse de propagation de la lumière dans différents milieux transparents : Milieu transparent Air Eau Verre Vitesse de la lumière ne m.s -1 3, , , C) Etude du passage air / verre ( REA) ) (ANA) Réaliser l étude du passage du faisceau lumineux du milieu transparent dans lequel la célérité des ondes est plus grande à un milieu dans lequel elle est plus petite. 1 ) Faire varier l angle d incidence de 0 à 90 et compléter les schémas avec le rayon réfracté et le rayon réfléchi

2 2 ) L angle de réfraction i2 (angle entre le rayon réfracté et la normale) est-il plus grand ou plus petit que l angle d incidence augmente? Lorsque l angle d incidence augmente préciser si le rayon s éloigne ou se rapproche de la normale. 3 ) Le faisceau est-il dévié lorsqu il traverse la surface sphérique du demi-cylindre (au passage verre-air). Donner une explication qualitative. (C'est-à-dire sans calcul!) D) Etude du passage verre/ air Réaliser l étude du passage du faisceau lumineux du milieu transparent dans lequel la célérité des ondes est plus petite à un milieu dans lequel elle est plus grande. (Passage verre-air) 1 ) Faire varier l angle d incidence de 0 à 90 et compléter les schémas avec le rayon réfracté et le rayon réfléchi 2 ) Comment varie l angle de réfraction lorsque l angle d incidence augmente? Préciser si le rayon s éloigne ou se rapproche de la normale. 3 ) A-t-on toujours un rayon réfracté? 4 ) Que devient alors le rayon incident? 5 ) Noter la valeur maximale de l angle d incidence à partir duquel le phénomène est observé 6 ) On appelle ce phénomène la réflexion totale, justifier. II/ APPLICATION A LA FIBRE OPTIQUE (VAL) 1 ) Citer les conditions nécessaires pour que le faisceau réfracté ne soit plus observé lorsque la lumière change de milieu. 2 ) Expliquer comment la lumière reste confinée au cœur de la fibre? 3 ) Compléter le schéma suivant en continuant le trajet du faisceau lumineux. Les compétences travaillées dans cette activité expérimentale Compétence Auto-évaluation Evaluation Compétence Auto-évaluation Evaluation Niveaux d'acquisition d'une compétence : 0 - Non acquise ; 0,5 - En cours d'acquisition et 1- Acquise. Matériel : Bureau Fibre optique en gélatine. Laser, support. Fibre optique du commerce. Montage aquarium Elève : Dispositif de réfraction (rapporteur, dioptre, lampe avec alim,)

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