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Mesurer soigneusement la distance L • Pour chaque objet noter a et mesurer la largeur d de la première tache de diffraction (tache lumineuse cen- trale)

http://lefevre.pc.free.fr TP Physique 3 Diffraction de la lumière TS Objectifs : - Mettre en évidence le phénomène de diffraction des ondes lumineuses

Déterminer l"épaisseur d"un cheveu

Vérifier par des mesures la pertinence de la relation qqqq = l / a - Comme source lumineuse, on utilise un LASER produisant une lumière de longueur d"onde l.

SECURITE :

Il ne faut jamais regarder directement la sortie d"un LASER :

s"il pénètre dans l"oeil, il peut endommager gravement la rétine et conduire à la cécité.

I. Mise en évidence du phénomène

1. Protocole expérimental

▪ Orienter le LASER vers le mur ou la fenêtre en le plaçant à une extrémité de la paillasse ;

placer le petit écran millimétré à l"autre extrémité.

▪ Interposer dans le faisceau de lumière et à quelques cm de la source, une fente verticale

de largeur a (voir schéma ci-dessous). Observer sur l"écran, placé à la distance D = 1,70 m de la fente, la figure ci-après (à droite), constituée de taches lumineuses.

2. Questions

1.1.

Décrire la figure observée sur l"écran (allure et direction par rapport à celle de la fente).

Que devient le faisceau

LASER après être passé au travers de la fente ? Quel est le nom du phénomène observé ? 1.2.

Citer un cas où vous avez déjà rencontré ce phénomène. Par analogie, quel caractère de la

lumière met-on ici en évidence ? 1.3. Que se passe-t-il si la distance D diminue (bouger l"écran uniquement) ? Interpréter. 1.4.

Compléter le schéma suivant en y faisant figurer D et qqqq (appelé écart angulaire : écart

angulaire entre le centre de la tache centrale et la première extinction). Établir la

relation donnant qqqq en fonction de L et D valable pour les petits angles. Rappels : Si qqqq est petit, on peut écrire : tan qqqq»qqqq (en rad). L faisceau laser fente tache centrale L

écran

q = première extinction

II. Application à la mesure d"un cheveu

1. Protocole expérimental

▪ Conserver D = 1,70 m et mesurer la largeur d des taches centrales avec des fentes de

largeurs différentes. Cette tache s"étend au-delà de la seule partie visible à l"oeil nu.

Il faut donc mesurer L comme suit :

▪ Reporter vos mesures dans le tableau ci-dessous : (vérifier la taille des fentes sur le dispositif)

Largeur a de la fente

(en μm) 400 280 120 100 70 50 40 cheveu

Longueur L de la tache

centrale (en mm) ▪ Placer un de vos cheveux verticalement sur un cadre vide à la position exacte de la fente

et mesurer la longueur L de la tache centrale de diffraction (le cheveu joue un rôle

analogue à celui de la fente).

2.1. Comment évolue L quand a diminue ?

2. Exploitation des mesures avec Regressi

▪ Lancer Regressi puis Fichier > Nouveau > Clavier

▪ Créer les variables expérimentales : entrer chaque symbole en utilisant le mètre comme

unité (plus facile pour la suite) ▪ Dans la fenêtre " Grandeurs /Variables », remplir le tableau de données. Remarque : la puissance de 10 est obtenue en tapant " e » : 400.10-6 s"écrit 400e-6

▪ Faire apparaître la courbe L = f (a) : (cocher zéro inclus pour l"abscisse et l"ordonnée)

2.2. Quelle est l"allure de la courbe ?

▪ Créer la grandeur 1/a (inverse du diamètre du fil) :

Type de grandeur : grandeur calculée

Symbole de la grandeur : inva

Unité : m^-1

Expression de la fonction : 1/a

▪ Faire apparaître la courbe L = f (1/a) : (cocher zéro inclus pour l"abscisse et l"ordonnée)

2.3. Quel type de relation existe-t-il entre L et 1/a ? Justifier.

▪ Modéliser la courbe L = f (1/a) par la courbe la plus adaptée.

▪ Relever la valeur de son coefficient directeur donnée en unité S.I. et indiquer cette unité :

k = .......................................

2.4. En déduire l"épaisseur de votre cheveu. Expliquer votre démarche (utiliser le réticule).

Attention aux unités !

▪ Imprimer cette courbe 2.5. On admet que l"écart angulaire est donné par la relation : a llll====qqqq pour qqqq petit (en rad)

Démontrer la relation a

DL×l×=2 et en déduire ainsi la valeur de la longueur d"onde l de la radiation émise par le LASER. Comparer à la valeur marquée sur le boîtier du LASER. Lquotesdbs_dbs50.pdfusesText_50

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