Exercice III. Caractère ondulatoire de la lumière (4points)

Amérique du sud 11/2009 Correction ©
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EXERCICE III. CARACTÈRE ONDULATOIRE DE LA LUMIÈRE (4 points)






1. Il se produit le phénomène de diffraction.

2. Exploitation des résultats de l'expérience.
2.1. tan ( = [pic]
L'angle ( étant « petit », on peut faire l'approximation : tan ( [pic]( (en
rad) alors ( = [pic]
( = [pic] = 3,15(10-3 rad
2.2. ( = [pic] avec ( en mètres, ( en radians et a en mètres
donc ( = (.a
( = 3,15(10-3 ( 0,200(10-3 = 6,30(10-7 m = 630 nm
2.3. ( = [pic] avec ( en mètres, c en mètres par seconde et [pic] en hertz.
2.4. D'après 2.1. et 2.2., on obtient [pic] = [pic], soit d = [pic].D
-Si on remplace la lumière émise par le LASER (lumière rouge) par une
lumière bleue, alors on diminue la longueur d'onde (. a et d ne variant
pas, alors d diminue.
- Si on diminue la largeur de la fente a, avec ( et D constantes ; alors d
augmente.
Voir l'animation de D.Labatut sur
http://scphysiques.free.fr/TS/physiqueTS/diffractionfente.swf

2.5. Une lumière monochromatique est constituée d'une seule radiation
lumineuse de fréquence bien déterminée. Tandis qu'une lumière
polychromatique est constituée par l'association d'au moins deux radiations
monochromatiques de fréquences différentes.

3. Dispersion de la lumière.
3.1. Seule la fréquence ne change pas lors du passage d'une radiation de
l'air dans le verre.

3.2. Soit n l'indice de réfraction du milieu transparent considéré, v la
célérité de la radiation monochromatique dans ce milieu et c la célérité de
la lumière dans le vide, on a n = [pic].
3.3. D'après la réponse précédente : v = [pic]
v = [pic] = 2,00(108 m.s-1
3.4. Dans un milieu dispersif, la célérité d'une onde dépend de sa
fréquence.
3.5. D'après la relation de Descartes, avec na = 1,0, on obtient sin i =
nv.sin r, soit nv = [pic].
L'énoncé indique qu'avec l'angle i constant, et la fréquence [pic] qui
varie alors r varie. On en déduit que l'indice de réfraction du verre nV
varie selon la fréquence.
D'autre part nV = [pic], où c est constante. Donc si nV varie selon la
fréquence alors v aussi.
Le verre est un milieu est dispersif.
Voir l'animation d'A.Willm :
http://www.ostralo.net/3_animations/swf/dispersion.swf, choisir une source
monochromatique et un verre flint dense.
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LASER




D

d

(