Caractère ondulatoire de la lumière,  bac S Amérique du Sud 2009. En poursuivant votre navigation sur ce site, vous acceptez l’utilisation de Cookies vous proposant des publicités adaptées à vos centres d’intérêts.

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On réalise une expérience en utilisant un LASER, une fente de largeur réglable et un écran blanc. Le dispositif (vu de dessus) est représenté ci-dessous :                         Les mesures de la largeur de la fente a, de la distance de la fente à l’écran D et de la largeur de la zone lumineuse centrale 2d conduisent aux résultats suivants :  a = 0,200 mm                              D = 2,00 m                               2d = 12,6 mm Quel est le nom du phénomène observé ? On observe un phénomène de diffraction : une tache centrale brillante et de part et d'autre, une alternance de taches sombre et brillante. Exploitation des résultats de l’expérience. L’angle q étant « petit », on peut faire l’approximation : tan q ~ q  (en rad). En utilisant les résultats des mesures, calculer la valeur de l’angle q en radians.  tan q = d / D ; q ~ d / D = 6,30 10-3 / 2,00 = 3,15 10-3 rad. Donner la relation qui lie les grandeurs q (écart angulaire), l (longueur d’onde de la lumière) et a (largeur de la fente). Indiquer les unités dans le système international. Calculer la valeur de la longueur d’onde l.   Longueur d'onde et largeur de la fente s'expriment en mètre ; l'angle q s'exprime en radian. l = ad / D = 2 10-4*6,3 10-3 / 2,00 = 6,3 10-7 m. Quelle est la relation entre l (longueur d’onde de la lumière), c (célérité de la lumière) et  (fréquence de la lumière) ? Indiquer les unités dans le système international.  l = c / n. Longueur d'onde en mètre, célérité en m s-1 et fréquence en hertz. Indiquer comment varie d lorsque :             - on remplace la lumière émise par le LASER (lumière rouge) par une lumière bleue ? La longueur de la lumière bleue est plus petite que la longueur d'onde de la lumière rouge. d = l D / a ; à D et a constants, si la longueur d'onde diminue, d diminue.             - on diminue la largeur de la fente a ? à D et a constants, si la largeur de la fente diminue, d augmente. Qu’est-ce qui différencie une lumière monochromatique d’une lumière polychromatique ? monochromatique : une seule couleur, une seule fréquence polychromatique : plusieurs couleurs, plusieurs fréquences. Dispersion de la lumière.   On remplace le LASER par une source de lumière blanche et la fente par un prisme en verre. Quelle est la grandeur qui ne change pas lors du passage d’une radiation de l’air dans le verre : la longueur d’onde, la fréquence ou la célérité ? La fréquence caractérise une onde : la fréquence reste constante que que soit le milieu traversé par la lumière.  Donner la relation qui définit l’indice de réfraction d’un milieu transparent pour une radiation lumineuse monochromatique, en précisant la signification des symboles utilisés.  L'indice de réfraction, noté n, nombre supérieur à 1, est égal au quotient de la lumière dans le vide par la célérité de la lumière dans le milieu. Les célérités doivent être exprimées dans la même unité ( m/s) ; l'indice n est sans dimension. n = c / v.  On donne : célérité de la lumière dans le vide c = 3,00 ´ 108 m.s-1 ; indice du verre utilisé n = 1,50 pour une radiation lumineuse donnée. Calculer la célérité de cette radiation dans le verre. v = c / n = 3,00 ´ 108 / 1,5 = 2,00 ´ 108 m.s-1. Qu’appelle-t-on milieu dispersif ? Dans un milieu disersif, la célérité de l'onde dépend de la fréquence.  Lorsque la lumière passe de l'air dans le prisme, elle est déviée Relation de Descartes pour une radiation monochromatique : na sin i = nv sinr r. On observe que si on fixe la valeur de i, la valeur de r varie lorsque la fréquence de la radiation incidente varie.  Déduire de ces informations, à partir de la relation de Descartes et de la définition de l’indice de réfraction que le verre est dispersif. L'air n'est pas un milieu dispersif pour la lumière : na est une constante. sin i = c/v sin r ; v = c sin r / sin i.  v = constante x sin r. Un changement de fréquence entraîne une variation de l'angle r, donc de la célérité de la lumière dans le verre. La célérité de la lumière dans le verre dépend de la fréquence : le verre est donc un milieu dispersif.

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