Prisme dispersif et diffraction
Étude guidée de trois exercices portant sur la lumière blanche, la fréquence et la célérité dans différents milieux, la dispersion par un prisme et la diffraction par une fente.
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Ondes lumineuses — Physique-Chimie 2ème Bac
- Physique-Chimie
- Sciences Physiques et SVT
La diffraction de la lumière par une fente, un fil ou un trou, relation entre longueur d’onde, écart angulaire et tache centrale, la lumière comme onde électromagnétique, réfraction, prisme, déviation et dispersion.
- 3leçons vidéo
- 25exercices corrigés
- 208questions de quiz
- 8 h 04de vidéo
Khtwa b khtwa.
Au programme
Chaque leçon est une vidéo courte avec son résumé, ses points de contrôle et son quiz.
Le cours3 leçons
Diffraction : nature ondulatoire de la lumière
Le cours montre la nature ondulatoire de la lumière par l’expérience de diffraction, étudie la largeur de la tache centrale et présente les principaux montages de diffraction.
Caractéristiques et réfraction de la lumière
La lumière est présentée comme une onde électromagnétique, avec ses caractéristiques, son comportement lors d’un changement de milieu et les notions d’indice de réfraction et de loi de Snell-Descartes.
Prisme : réfraction, déviation et dispersion
Le cours présente le prisme, les lois de réfraction qui le décrivent, la déviation du rayon lumineux, puis la dispersion et les cas particuliers de réfraction.
Exercices corrigés en vidéo25
Exercice 1A Exercice 1B Longueur d’onde et cheveu
Le cours rappelle le calcul du coefficient directeur, traite le cas d’une droite passant par l’origine, puis applique une méthode en deux étapes à la détermination d’une longueur d’onde et au calcul du diamètre d’un cheveu par diffraction.
Exercice 2A Diffraction d’une radiation jaune
Le cours introduit la diffraction comme phénomène révélant la nature ondulatoire de la lumière, puis présente l’expérience et la première question sur les radiations monochromatiques.
Exercice 2B Dispersion et spectre visible
Analyse de quatre propositions concernant la longueur d’onde, la dispersion, la fréquence et le spectre visible.
Exercice 2C Largeur de la fente par diffraction
Le cours présente la question de diffraction, décrit l’expérience et commence la dérivation de l’expression de la largeur a de la fente à partir de l’angle θ.
Exercice 2D Diffraction jaune et rouge
Le cours établit la relation entre la largeur de la tache centrale, la distance écran-fente et la longueur d’onde, puis l’applique au remplacement d’une radiation jaune par une radiation rouge.
Exercice 2E Longueur d’onde dans un milieu
Calcul de la longueur d’onde rouge, conversions d’unités, puis détermination de la vitesse et de la longueur d’onde d’une radiation jaune dans un milieu d’indice 1,5.
Exercice 3A Analyse dimensionnelle de λ
Étude d’un exercice sur la diffraction de la lumière et détermination de l’expression correcte de la longueur d’onde par analyse dimensionnelle.
Exercice 3B Diffraction et proportionnalité
Le cours vérifie l’homogénéité d’une relation de diffraction, distingue proportionnalité directe et inverse, puis calcule une longueur d’onde et introduit la comparaison de deux taches centrales.
Exercice 3C Diffraction rouge et bleue
Le cours compare les taches centrales de diffraction produites par des lumières rouge et bleue, en reliant leur largeur à la longueur d’onde.
Exercice 4A Diffraction par un cheveu
L’exercice étudie la diffraction par un cheveu afin de relier les propriétés ondulatoires de la lumière à la détermination de son diamètre.
Exercice 4B Diffraction par un fil fin
Le cours modélise la diffraction d’un laser par un fil, établit la relation λ = a·L/(2D), puis prépare l’exploitation de mesures de L en fonction de 1/a.
Exercice 4C Exploiter la courbe de diffraction
Le cours montre comment exploiter une droite représentant L en fonction de 1/a pour déterminer λ, puis comment comparer deux expériences afin de calculer le diamètre d’un cheveu.
Exercice 4D Calcul du diamètre par diffraction
Le calcul de d est établi à partir de L, de 1/a et de L′, puis réalisé avec conversion des unités et arrondi du résultat.
Exercice 5 Longueur d’onde et diamètre d’un fil
Détermination de la longueur d’onde et du diamètre d’un fil métallique par diffraction.
Exercice 6 Retard dans une fibre optique
Étude expérimentale du retard temporel, de la célérité, de l’indice de réfraction et de la longueur d’onde dans une fibre optique, puis calcul d’un nouveau retard pour λ₀′ = 400 nm.
Exercice 7A Écart angulaire et tache centrale
Étude de la diffraction par une fente, de l’écart angulaire, des variations de la tache centrale et de l’exploitation graphique pour déterminer λ et a₁.
Exercice 7B Diamètre d’un fil par diffraction
Le professeur compare deux expériences de diffraction utilisant le même laser et la même distance écran-obstacle, puis établit une relation entre les largeurs des taches centrales afin de calculer le diamètre du fil.
Exercice 10 Diffraction et bloc de verre
Étude expérimentale de la diffraction, détermination de la largeur d’une fente, puis analyse de l’effet d’un bloc de verre sur la largeur de la tache centrale.
Exercice 12A Diffraction circulaire
Étude de la diffraction circulaire, démonstration de la relation entre le diamètre de la tache et l’ouverture, puis exploitation graphique pour déterminer le coefficient α.
Exercice 12B Diamètre de la nouvelle ouverture
Calcul de α en unités SI, interprétation de son unité, puis introduction d’une nouvelle ouverture de diamètre d′.
Exercice 12C Diaphragme et tache centrale blanche
Détermination d’un diamètre par la relation de diffraction, puis étude de la tache centrale produite par une lumière blanche.
Exercice 13 Diffraction, longueur d’onde et verre
Résolution guidée d’un exercice du National 2011 sur la diffraction par un fil, le changement de longueur d’onde et la propagation dans le verre.
Exercice 16 Diffraction dans un milieu transparent
Étude de l’Exercice 16 : définition d’une lumière monochromatique, relation de diffraction, influence du changement de milieu et calcul de l’indice n.
Exercice 17 Graphe de diffraction par une fente
Étude expérimentale de la diffraction par une fente, interprétation de la nature ondulatoire de la lumière, construction du graphe et démonstration de la relation r = λD/a.
L-mouhim f l-mouhim.
L’essentiel du cours
Les définitions, repères et formules des premières leçons, tirés des fiches du chapitre.
- Écart angulaire
- Fente ou fil ; en radian.
- Relation géométrique
- Car est très petit.
- Tache centrale
- La relation à savoir retrouver.
- Lumière visible
- Le rouge a les plus grandes .
- Relation fondamentale
- en , en m, en Hz.
- Changement de milieu
- ; ; Seule la fréquence est conservée.
- Indice de réfraction
- Chaque milieu a son indice.
- Snell-Descartes
- Angles mesurés depuis la normale.
Diffraction
La diffraction est une modification de la direction de propagation d’une onde lorsqu’elle traverse une ouverture (fente, trou) ou rencontre un obstacle (fil) de petite dimension. La longueur d’onde ne change pas.
Direction de la fente ⟂ direction des taches
Une fente verticale donne des taches alignées horizontalement ; une fente horizontale donne des taches alignées verticalement. La figure s’étale toujours perpendiculairement à la fente.
Condition de diffraction
Comme pour les ondes mécaniques, la diffraction est très marquée quand la largeur de l’ouverture est du même ordre ou plus petite que la longueur d’onde : . Pour la lumière, on obtient des taches claires et mesurables avec .
Domaine du visible
La couleur d’une lumière est caractérisée par sa longueur d’onde. Toutes les couleurs que l’œil humain perçoit vérifient : du violet (vers ) au rouge (vers ). D’autres lumières existent mais sont invisibles.
La méthode ne change pas
Pour un trou, on écrit toujours ; seule la donnée change : . On obtient alors . Lis bien l’énoncé pour savoir quelle relation utiliser.
formules du chapitre
Largeur de la tache centrale (fente ou fil), toutes les longueurs en mètres.
Jarreb rassek.
Teste-toi maintenant
5 questions parmi les 208 du chapitre. Réponds, la correction s’affiche.
- Question 1 sur 5
Plusieurs réponses sont correctes. Quelles observations du cours sont justes concernant la largeur L de la tache centrale ?
Pas tout à fait. Réponses : A, B, C
Le cours observe que L augmente quand D augmente, quand λ augmente et quand la largeur a de la fente diminue. Inversement, une augmentation de a réduit L dans l’expérience décrite.
- Question 2 sur 5
Plusieurs réponses sont correctes. Que se passe-t-il pour une lumière lorsqu’elle passe d’un milieu à un autre, selon l’explication orale ?
Pas tout à fait. Réponses : A, B, C
Lors du passage entre deux milieux, la fréquence ν reste la même, tandis que la longueur d’onde et la vitesse changent. La relation permet de relier ces grandeurs.
- Question 3 sur 5
Quelle relation de Descartes s’applique à l’entrée dans le prisme, entre l’angle d’incidence i et l’angle réfracté r ?
Pas tout à fait. Réponse : A
Pour l’entrée depuis l’air dans le prisme, la relation donnée est .
- Question 4 sur 5
Après le passage du laser par la fente, quelle figure est décrite dans le cours ?
Pas tout à fait. Réponse : A
La figure comporte une tache centrale plus grande et bien visible, entourée de petites taches latérales plus faibles. C’est la figure de diffraction décrite par le professeur.
- Question 5 sur 5
Quelle description correspond à la lumière dans le cours ?
Pas tout à fait. Réponse : A
La lumière est présentée comme une onde électromagnétique. Elle peut se propager dans le vide et dans les milieux matériels transparents, mais pas dans les milieux opaques.
Yallah, wa7d l-khtwa.
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