Pr A.KHARCHAF Page 1

UNIVERSITE IBN TOFAIL Anne Universitaire 2012/2013

FACULTE DES SCIENCES

DEPARTEMENT DE PHYSIQUE

KENITRA

Filires : SMA/SMI

Module : Physique 2

Travaux Dirigs dOPTIQUE

Srie 1

Exercice 1 :

Considrons le passage de la lumire d'un milieu 1 dans un milieu 2 plus rfringent

(n2 > n1). De I comme centre, tracer deux demi-circonfrences de rayons n1 et n2 ; prolonger

le rayon incident SI jusqu' son intersection P avec la premire circonfrence ; tracer la

perpendiculaire PH la surface rfringente et la prolonger jusqu' son intersection R avec la

seconde circonfrence ; tablir que IR est le rayon rfract correspondant au rayon incident

SI en montrant que les angles i1et i2 satisfont la formule de Descartes: n1.sin i1=n2.sin i2. Que donne cette construction dans le cas de l'incidence rasante (i1=90)?

Exercice 2 :

Un rayon lumineux traverse l'une des faces d'un cube en matire transparente sous

une incidence de 45 puis rencontre une seconde face, perpendiculaire la premire ; en

admettant que le plan d'incidence soit normal ces deux faces et que le rayon sorte dans

l'air en rasant la face de sortie, calculer l'indice de la substance du cube.

Exercice 3 :

Sur le trajet dun rayon lumineux, dans un milieu homogne dindice n1, on interpose une lame faces parallles dindice n2 (n2 > n1). On dsignera par i1 et i2 respectivement les angles dincidence et de rfraction sur la face dentre de la lame. 1. Faire un dessin.

2. Justifier le paralllisme entre les rayons incidents et transmis.

Application : Un rayon monochromatique arrive sur une vitre faite de verre d'indice

n=1,5. L'angle d'incidence est i1 =30.

1. Calculer l'angle de rfraction du rayon dans le verre puis tracer ce rayon. 2. Calculer l'angle d'incidence de ce rayon sur le dioptre verre/air. 3. Avec quel angle de rfraction le rayon merge t il de la vitre ? Tracer ce rayon

mergent

Exercice 4 :

Une fibre optique est constitue dun cur cylindrique entour dune gaine :

1. Le cur a un indice de rfraction nC = 1,48. Calculer la vitesse de la lumire dans le cur. 2. Pour que la lumire puisse se propager correctement dans la fibre optique, il faut avoir

rflexion totale en I. Pourquoi ?

A quelle condition sur langle i a-t-on rflexion totale en I ? En dduire la condition sur r.

En dduire la condition sur langle dincidence i. On donne : indice de la gaine : n g = 1,46.

3. On appelle ouverture numrique ON de la fibre, le sinus de langle dincidence maximal pour lequel les rayons qui pntrent dans le coeur sont transmis jusqu la sortie. Calculer la valeur de ON.

4. Montrer que louverture numrique peut aussi scrire :

ON = sin imax =

5. La fibre a une longueur totale L = 1 km.

5.1. Considrons un rayon incident qui entre dans la fibre en incidence normale (i = 0).

Calculer la dure du trajet de la lumire jusqu la sortie. 5.2. Mme question avec langle dincidence imax. 5.3. Vrifier que la diffrence entre les deux dures prcdentes peut scrire :

avec : c = 300 000 km/s (vitesse de la lumire dans le vide). Faire lapplication numrique. Exercice 5 :

Un prisme rectangle en A reoit dans un plan de section principale un rayon qui arrive sur

la face AB sous l'incidence i au-dessus de la normale (voir figure).

1. Trouver la condition liant les angles i, B et l'indice n du prisme pour qu'il y

ait rflexion totale sur la face BC.

2. Calculer la dviation totale D subie par le rayon. Peut-on la rendre gale

2

?

3. Que devient dans ce cas la condition prcdente ?