Fiche Revision Onde Lumineuse [PDF]

Zitiervorschau

2 bacs Sm Révision onde lumineuse 2019/2020 Exercice 1 : On veut déterminer expérimentalement la longueur λ0 de la lumière émise par un pointeur optique à laser. λ0 a une valeur comprise entre 660 nm et 680 nm. Une fente verticale de largeur a très petite est placée sur le trajet d’un faisceau lumineux produit par un laser. Sur un écran placé à la distance D=1m de la fente on observe des taches lumineuses séparées par des extinctions. On réalise trois expériences :

1) faire le schema du montage experimental. 2) Quel est le phénomène observee ? 3) A partir de ces expériences, déterminer l’ expression de la largeur d de la tache centrale qui convient : (a) : d = (2 λ × D) / a ; (b) : d = (2 a × D) / λ ; (c) : d = (2 λ × a) / D. 4) Etablir la relation entre d1, d2, λ1 et λ0. 5) donner un encadrement de λ1 et la fréquence ν de la radiation émise. 6) Lorsque cette radiation se propage dans le verre d’indice n=1,5 quel paramètre sera modifié : sa fréquence, sa longueur d’onde ,sa célérité et sa couleur ? Données :c = 3,0 × 108 m.s-1 Exercice 2 : On réalise une expérience de diffraction avec un laser émettant une lumière monochromatique de longueur d'onde λ. À quelques centimètres du laser, on place successivement des fils verticaux de diamètres connus. On désigne par a le diamètre d'un fil. La figure de diffraction obtenue est observée sur un écran blanc situé à une distance D = 1,60 m des fils. Pour chacun des fils, on mesure la largeur L de la tache centrale. À partir de ces mesures et des données, il est possible de calculer l'écart angulaire θ du faisceau diffracté (figure ci-après). Mr DOUAZI

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1. L'angle θ étant petit, θ étant exprimé en radian, on a la relation : tan θ ≈ θ. Donner la relation entre L et D qui a permis de calculer θ pour chacun des fils. 2. On trace la courbe θ = f(1/a), donnée sur le graphique ci-dessus. justifier l’allure de la courbe obtenue . 3. En utilisant le graphique, préciser, parmi les valeurs de longueurs d'onde proposées ci-dessous, quelle est celle de la lumière utilisée : 560 cm ; 560 mm ; 560 µm ; 560 nm. 4. Si l'on envisageait de réaliser la même étude expérimentale en utilisant une lumière blanche, on observerait des franges irisées. 4.1 En utilisant la réponse donnée à la question 2, justifier l'aspect « irisé » de la figure observée. 4.2 quelle est la couleur du bord de la tache centrale . 4.2 quelle est la couleur du bord de la tache centrale .

Exercice 3 Un faisceau de lumière composé de deux radiations rouge et violette arrivent orthogonalement sur une face du prisme en verre, d'angle au sommet A=30° comme l'indique le schéma. Il passe de l'air dans le verre.les longueurs d’ondes des rayons rouge, et violet sont λR = 0,75µ m et λV = 0.41µ m . L’ indice du prisme pour la radiation rouge est nR=1,65. L’indice du réfraction du prisme varie en fonction de la longueur d’onde selon la relation de Cauchy n= a +

b

λ2

.a et b sont des constantes.

1) quel phénomène physique mis en évidence par cette expérience.justifier. 2) Identifier les rayons (1) et (2) ,justifier en utilisant les lois de snell-descartes. 3) Déterminer l’angle de déviation du rayon rouge . 4) on place un écran perpendiculairement au rayon (1)a une distance d=100Cm du point I’ .la distance séparant les deux rayons sur l’écran est l=2,47cm. Mr DOUAZI

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4.1 Etablir le relation suivante :𝑙𝑙 = 𝑑𝑑. tan (𝐷𝐷𝑣𝑣 − 𝐷𝐷𝑅𝑅 ) 4.2 En déduire les valeurs de : A s I’ (2) - Angle de déviation du rayon violet DV. - L’ indice de réfraction du prisme pour la radiation (1) violette : nV. 4.3 déterminer les valeurs de a et b. Exercice 4: Données :-indice de réfraction de l’air : N = 1,000 - indice de réfraction du Plexiglas pour une radiation monochromatique jaune : nj = 1,485 - indice de réfraction du Plexiglas pour une radiation monochromatique violette : nv = 1,500 On envoie, en un point I de la surface plane d’un hémi-cylindre de Plexiglas, un mince faisceau parallèle de lumière composée des radiations jaune et violette sous incidence est : i = 750 1/ Comment est qualifiée cette lumière . 2/. écrire la seconde loi de Snell-Descartes pour un rayon lumineux qui passe d’un milieu transparent d’indice n1 à un milieu transparent d’indice n2 (on on notera r l’angle de réfraction). 3/ Tracer la marche des rayons lumineux jaune et violet . 4/ choisir l’expression de l’indice de réfraction parmi les expressions suivantes ,justifier b (a ) n = a + b .λ (b ) n = a + b .λ 2 (c ) n = a+ 2

λ

5/ calculer l’ écart angulaire entre ces deux rayons. 6/ quel phénomène physique est mis en jeu. justifier par deux méthodes différentes . 7/ comparer les vitesses de propagation des deux radiations jaune et violette dans l’hémi-cylindre . 7/ un écran est place a une distance d=50cm du point I voir figure ,déterminer la largeur de spectre obtenu sur l’écran.

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Exercice 5 : On éclaire un prisme à l'aide d'un faisceau de lumière rouge de longueur d'onde λ ,le rayon émergent du prisme est dévie d’un angle 𝛽𝛽 = 180 .l’angle du prisme est A=300 1/ l’onde lumineuse est –elle longitudinale ou transversale ? 2/Tracer la marche du rayon lumineux. 3/ Déterminer l’indice de réfraction du prisme .l’indice de l'air n=1 . On place perpendiculairement au rayon émergent du prisme une plaque opaque percée d’ une fente de largeur a=25µm. sur un écran parallèle à la plaque situé à un mètre de celle-ci, on observe des taches lumineuses séparées par des extinctions.la largeur de la tache centrale L=4 cm (voir figure 1) 3.1 que peut –on conclure sur l’aspect de la lumière . 3.2 Déterminer en radian, l’ouverture angulaire de la tache centrale . l’ouverture angulaire dépend -t-elle de la distance entre la fente et l’écran ? 3.3 déterminer la valeur de λ. on suppose que 𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡 = 𝜃𝜃(𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟). 4/ Pour déterminer l’indice de réfraction n’ d’un bloc de verre de forme cubique d’arrête b=20cm ,qu’on intercale entre la plaque est l’écran a une distance d=80cm de l’écran. (voir figure 2) L’écart angulaire θ de l’onde diffractée dans l’air a subit une variation de 35% lorsque l’onde diffractée se propage dans le bloc de verre . 4.1 tracer les prolongements des rayons qui délimitent la tache centrale sur l’écran. 4.2 Montrer que θ>θ ' , θ et θ’ représentent respectivement l’écart angulaire de l’onde diffractée dans l’air et dans le bloc de verre. 4.3 montrer que l’indice de réfraction dans le bloc de verre est n’=1,54 4.4 exprimer la largeur L’ de la tache centrale en fonction de :L,b,d. et n. calculer L’ . écran plaque

A

Plaque

bloc

Ecran

n

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Figure 1

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b Figure 2

d

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