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Le compte rendu est composé de deux parties : une partie théorique et une partie expérimentale : - La partie Ce TP N°1 est nommé «PRISME» • Etude des Vous mesurez la distance focale d'un système optique : f ' = (51,0 ± 1,5 ) mm

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compte rendu v 1 Ré exion et réfraction de la lumière 1 1 Dioptre plan: terface in air/eau 1 1 2 Mesure de la vitesse lumière dans un milieu t transparen 2 1 3 t onctionnemen F d'une bre optique 2 1 4 Déviation de la lumière par un prisme 3 2 tro Induction à l'optique: miroirs et tilles len minces 5 2 1 Miroir plan 5 2 2 tilles Len

TP N° 24 : LE GONIOMETRE A PRISME - Unisciel

TP N° 24 : LE GONIOMETRE A PRISME I But du TP Etudier la spectroscopie à prisme : se servir de la dispersion par un prisme pour effectuer des mesures de longueur d’onde Pour cela on mesure d’abord l’angle au sommet du prisme par la méthode exposée au TP 18

TP8/9 { ETUDE D’UN PRISME¶ AU GONIOMETREµ

Objectifs de ce TP : •Appliquer les lois du prisme pour l’¶etude de la dispersion du verre (Ü Cf TP-Cours TP1/O5) •V¶eri?er la formule exp¶erimentale de Cauchy liant l’indice et la longueur d’onde (Ü Cf Cours O1) •Comprendre les di?¶erentes ¶etapes de r¶eglage d’un goniomµetre µa prisme et et particulier apprendre

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Université Abderahmane Mira de Bejaia

Faculté des Sciences Exactes - Département de Physique

L2 Physique Fondamentale

TP d"Optique GéométriqueSofiane Aoudia

2016-2017

TP d"Optique Géométrique

IMPORTANT

(Cette Version est Provisoire)

Afin d"améliorer la qualité de ce document,

toute observation ou suggestion adressée de votre part à l"enseignant est la bienvenue.page 2Sofiane Aoudia

Table des matières

Consignes et Rappels5

Laser : Consignes de Sécurité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Les Incertitudes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

8 Compte-Rendu de Travaux Pratiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

1 Goniomètre à Prisme 12

1.1 Motivations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1.2 Description et réglages de l"appareil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1 4

1.2.1 Présentation du Prisme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1.2.2 Présentation du Goniomètre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1.2.3 Réglage du Goniomètre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1.3 Première utilisation du vernier : angle A du prisme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1.3.1 Lecture d"un angle au vernier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1.3.2 Mesure de l"angleAdu prisme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .20

1.4 Minimum de déviation, Indice du prisme et loi de Cauchy . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1.4.1 Un peu de théorie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1.4.2 Détermination expérimentale du minimum de deviationDmet de l"indice du prisme

npar une source Na . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .22

1.4.3 Application à l"étude de la dispersion du prisme - Loi de Cauchy . . . . . . . . . .

2 Les Anneaux de Newton 29

2.1 Motivations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.2 De quoi s"agit-il? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.2.1 Interférence de deux ondes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.3 Prêt à commencer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.3.1 Au travail . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3 Miroir et Bi-prisme de Fresnel 39

3.1 Motivations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.2 Miroir de Fresnel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.2.1 De quoi s"agit-il? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.2.2 Au travail . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4 5

3.3 Bi-prisme de Fresnel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.3.1 De quoi s"agit-il? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.3.2 Au travail . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4 9

4 Diffraction de Fraunhofer 52

4.1 Motivations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.2 Diffraction par une fente unique - Diffraction de Fraunhofer . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.2.1 De quoi s"agit-il? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

54
3 TABLE DES MATIÈRES TP d"Optique Géométrique

4.2.2 Au travail . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5 9

4.3 Traitement quantique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.3.1 Encore un peu de théorie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.3.2 Au travail . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6 4page 4Sofiane Aoudia

Consignes et Rappels

5 TP d"Optique Géométrique Consignes et Rappels Le laser He-Ne, Fig. 1, émet un rayonnement visible avec une longueur d"onde de 632,8 nm et

une puissance optique de sortie maximale inférieure à 1 mW, répondant ainsi aux exigences de

la norme NF EN 60825-1 "Sécurité des appareils à laser". Ce qui signifie que la protection de

l"oeil humain revient en général à éviter, tout simplement, les réactions indésirables tout en ayant

toujours le réflexe de garder le boîtier du laser fermé. En outre, le laser He-Ne ne peut être mis en

marche qu"au moyen d"un interrupteur à clé, la puissance optique maximale de sortie est obtenue

uniquement par l"activation d"un câble de déclenchement et l"état de mise en marche est toujours

visible grâce à un voyant lumineux. Néanmoins, les consignes de sécurité suivantes doivent être

prises en compte

Ne j amaisregarder directemen tle faisceau laser.

Laisser uniquemen tles p ersonnesautorisées et instruites utiliser le laser He-Ne. Informer toutes les p ersonnesqui particip entà l"exp érience(ou aux obse rvations)sur les dangers de la lumière laser et sur les mesures de protection nécessaires. Lors des exp ériences,ne pas dépasser la puissance optique de sortie minimale requise dans chaque cas. Diriger la tra jectoiredu faisceau laser de sorte qu"il ne to mbejamais au niv eaude l"o eil.

Restreindre la zone couverte par le laser au moyen d"écrans et éviter tout reflet involontaire.

A vantla mise en marc hedu l aser,examiner tout dommage év entuela univ eaudu b oîtier. En cas de dysfonctionnement ou de dégâts visibles éteignez le laser He-Ne et assurez-vous qu"il ne sera pas utilisé par inadvertance. En aucun cas v ousne dev ezouvrir le b oîtier.La tension d"allumage et du fonctionnemen tà l"intérieur du boitier peut être dangereuse pour la vie.Laser : Consignes de Sécurité Figure1 - Laser He-Ne polarisé linéairement. 1

Ouverture du faisceau, avec filtre gris. 2 Voyant

lumineux. 3 Câble de déclenchement. 4 Prise d"entrée du bloc d"alimentation. 5 Interrupteur à clé. 6 Tige avec filetage. 7 Bague filetée.Sofiane Aoudiapage 7 Consignes et Rappels TP d"Optique Géométrique

Toute mesure est affectée d"une erreur due à la précision limitée des appareils de mesure utilisés

et/ou aux erreurs humaines. Le résultat d"une mesure n"est donc jamais une valeurames, mais plutôt un intervalle des valeurs probablesa=amesa. Dans le cas d"une mesure directe unique d"une grandeur physique simple (température, temps, longueur...), l"erreur absolueaest soit indiquée par le constructeur sur l"appareil de mesure ou sinon donnée par la plus petite unité que l"appareil est capable de fournir.(Exemple :a= 1mm

dans le cas d"une mesure de longueur effectuée par le biais d"une règle graduée en millimètres).

Cependant, si la mesure est répétée une énième fois (mesure répétitive), l"erreur absolue est donnée,

dans ce cas, par l"écart typeames: ames=v uut1 n n X i=1(aimesa mes)2oùa mes=n P i=1ai mesn (1) Pour des grandeurs physiques composées, telles quea=q(rs)=t, tout en supposant connues les incertitudes absoluesq,r,sett, l"incertitude absolueaest généralement déterminée par la méthode des dérivées partielles : a=@a@q q+@a@r r+@a@s s+@a@t t rst q+qt (r+ s) +q(rs)t 2 t =jajqjqj+r+ sjrsj+tjtj

Ecriture du résultat :

L"écriture du résultat de la mesure d"une grandeur physique simple ou composée doit impéra-

tivement intégrer l"incertitude absolue, sans oublier bien sûr de noter les unités appropriées

a= (amesa)unités(2) où on prendra soin de limiter le nombre de chiffres significatifs de l"incertitudeaà un seul

chiffre significatif, tout en prenant comme dernier chiffre significatif deamescelui de même position

que celui de l"incertitude. Exemple : dans le cas d"une mesureQmes= 23.2692 J avec une incertitude absolueQ= 0.0921 J, le résultat sera noté sous la forme : Q = (23.270.09) J

La précision sur le résultat de la mesure sera, quant à elle, caractérisée par le rapport

aa mes(3) Plus ce rapport, diterreur relative, est petit et plus la mesure est précise.Les Incertitudes page 8Sofiane Aoudia TP d"Optique Géométrique Consignes et Rappels

Un bon compte-rendu de travaux pratiques (TP) fait plus que présenter des résultats; il démontre

votre degré de compréhension des concepts qui se trouvent derrière les données. Il ne suffit donc pas

de noter les résultats attendus (théoriques, bibliographiques) et/ou observés (mesurés, calculés)

lors de l"expérience, mais il va falloir identifier l"origine des écarts éventuels, expliquer comment

ils ont pu affecter le bon déroulement de votre expérience et montrer que vous avez bien compris

les principes dont l"expérience a été conçue pour les examiner. La structure globale d"un compte-rendu de TP est la suivante : Titrepour informer les lecteurs du sujet de votre compte-rendu. Abrégéafin de donner un résumé de tout le compte-rendu et inciter ainsi les lecteurs

à le lire en sa totalité. Il devrait comporter les éléments suivants : les motivations, les résultats

clés, le point le plus important de la partie discussion ainsi que la conclusion majeure. Il ne devrait

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