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Sujet : INTERFERENCES LUMINEUSES p : 77 n°16. À chacun son rythme Compétences : Calculer; raisonner. Cet exercice est proposé à deux niveaux de difficulté.
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Optique quantique 2 : Photons
écran où se superposent les 2 faisceaux lumineux issus des 2 sources secondaires S1 et S2 Ces 2 faisceaux lumineux issus d’une même source ponctuelle S sont cohérents Si les 2 vibrations qui interfèrent sont en phase l’amplitude de la vibration est maximale les interférences sont dites constructives et sur l’écran on a une raie
Exercices : interférences - Correction
Exercices : interférences - Correction Exercice 1 : Expérience des fentes d’Young (extrait bac) Au début du XlXe siècle Thomas Young éclaire deux fentes F 1 F2 fines et parallèles (appelés fentes d’Young) à l’aide d’une source lumineuse monochromatique On observe sur un écran des franges brillantes et des franges sombres
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Cet exercice est proposé à deux niveaux de difficulté Dans un premier temps essayer de résoudre l'exercice de niveau 2 On réalise une figure d'interférences lumineuses à l'aide de fentes d'Young séparées par une distance b = 10 mm La figure est formée sur un écran situé à une distance D = 200 m du plan des fentes
Qu'est-ce que les interférences lumineuses?
Les interférences lumineuses sont une des manifestations les plus claires de l’aspect ondulatoire du rayonnement, et ce paragraphe est consacré à une approche quantique de ce type d’expérience.
Qu'est-ce que le comportement de la lumière à l'interface de deux milieux?
Les lois de Snell-Descartes décrivent le comportement de la lumière à l'interface de deux milieux. Ces lois sont au nombre de deux, une pour la réflexion et une pour la réfraction. Avec la propagation rectiligne de la lumière dans les milieux homogènes et isotropes, ces lois sont à la base de l'optique géométrique.
Comment calculer les intensités lumineuses?
Pour deux ondes lumineuses inohé?entes, e sont les intensités lumineuses ?ui s’ajoutent: I = I 1 + I 2, et l’élai?ement est unifo?me su l’éan. A partir de cette formule, on retrouve tous les résultats relatifs à la position des franges brillantes et sombres. Ainsi P est situé sur une frange noire si I = 0, soit si ??(P) = (2m+1)?.
Quelle est la direction de l’intensité lumineuse?
La notion de direction étant reliée à celle de l’intensité lumineuse, les intensités sont données selon divers angles (diagramme polaire, cartésien et angle « gamma »). Dans des tableaux, les valeurs des intensités lumineuses sont données en cd/klm (klm pour « kilo lumen »).
Commentaires
Exercice 1 : Interférences lumineuses
Cet exercice, qui ne fait pas appel à un effort particulier au niveau de l analyse de lasituation, peut être considéré comme une question de cours, chaque question ayant trait à une
étape de la leçon correspondante.
L énoncé décrit de façon très détaillée l expérience des fentes dYoung et donne les conditions
théoriques que doit vérifier un point M du plan (E) pour correspondre soit à un maximum, soit à un
minimum déclairement.
Attention : Un point M peut appartenir à une frange sombre ou brillante sans pour autant vérifier l une ou l autre des conditions données ; Vu la largeur non négligeable des franges, ces conditions ne sont en fait vérifiées qu au milieu de chaque frange.1-a- C'est une question de cours ; Le savoir mis en jeu est d'ordre purement mathématique ; le candidat
est appelé à réciter l une des démonstrations géométriques connues ; il faut se souvenir surtout des approximations à faire (MS1» MS2» D) et de leur justification si on la demande (ce qui n'est pas le cas
ici).-b- Pas de commentaire particulier : écrire deux égalités à partir des données des 3 lignes précédentes.
2-a- Mots importants : Interfrange.
Savoir mis en jeu :Définir l'interfrange i , retrouver l'expression de i . -b- Mots importants : Frange d'abscisse xCe qui est désigné ainsi c'est en réalité le milieu d'une frange (toujours à cause de la largeur non
nulle des franges).Savoir mis en jeu : ordre d'interférence p, valeur de p au milieu d'une frange sombre ou brillante.
-3- Mots importants : Sources indépendantes.Savoir mis en jeu : Conditions d'interférences (isochronisme, cohérence), mécanisme d'émission de
la lumière par une source.La justification de la réponse consiste à vérifier que toutes les conditions d'interférences ne sont pas
remplies et à dire lesquelles.-4- L'unique autre dispositif d'interférences que l'élève connaît est celui des miroirs de Fresnel.
La méthode de construction géométrique des faisceaux lumineux issus de la source primaire S et
réfléchis par les deux miroirs est simplifiée si on fait le tracé dans un ordre particulier : on commence
par tracer à partir d un centre A(arête) un arc de cercle ; S1, S2 les deux images secondaires sont placées en deux points rapprochés de ce cercle ; on trace le rayon dédoublé S1A et S2A (délimite le champ dinterférences) ; à partir de S2 on trace un rayon S2D2 divergent par rapport à S1A et à partir de S1 on
fait de même (S1D1) par rapport à S2A ; On choisit alors le bord du miroir M2 sur la droite S2D2 et on le
représente en le prolongeant en pointillé au delà de A jusquà ce qu
il coupe le cercle ; on détermine laposition de la source primaire S sur le cercle, en construisant le symétrique de S2 par rapport à AM2 ; la
trace du second miroir AM1 sur le plan de figure est alors la médiatrice du segment SS1 et son bord M1
se trouve sur le rayon S1D1. Compléter ensuite par les 3 rayons incidents SM1, SA, SM2.Cette construction garantit l
obtention d un champ d interférences strictement limité par les rayons S1Aet S2A et observable quel que soit l'éloignement du plan d'observation. Tandis que si l'on procède
comme d habitude (dessins de miroirs d abord, puis S, puis les faisceaux lumineux ), il y a toujours lerisque de voir les rayons réfléchis par les bords des miroirs converger et le phénomène d'interférences
disparaître à partir d une certaine distance de l arête A.Corrigé
Exercice 1 (5 points)
1) a-Les ondes issues de S arrivent en M après avoir suivi deux trajets différents : SS1M et SS2MLa différence de marche notée
d = (SS2 + S2M) - (SS1 + S1M) = S2M - S1MDans le triangle S2H2M on a
S2M2 = D2 + (x +2a
)2Dans le triangle S
1H1M on a
S1M2 = D2 + (x -2a
)2Þ S2M2 - S1M2 = 2ax
Þ d = MSMSax2
12+Lorsque M est très loin de S
1 et S2 on peut confondre S2M avec D et S1M avec D
Þ d = Dax
b- M Î frange brillante x = ka DlM Î frange obscure x = (2k + 1) a2Dl
2)a- Deux franges de même nature et consécutives sont séparées par une distance appelée interfrange
not i = (k+1) aDl - ka
Dl = a
Dl ou encore i = [2(k + 1) +1] aD2l- (2k + 1) aD
2l = a2D2l=a
Dl i = 1,2 mm. b- 2,12,4 ix-==-3,5 = 27 -c'est de la forme (2k+1)/2Þ Il s'agit d'une frange obscure
3) On n'observe pas une interférence lumineuse car les deux sources qui sont indépendantes ne sont
pas cohérentes bien qu'elles soient synchrones (T 1=C 1quotesdbs_dbs2.pdfusesText_3[PDF] exercices interférences lumineuses terminale s
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