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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 Lécran
q = première extinctionII. 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 delargeurs 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 cheveuLongueur L de la tache
centrale (en mm) ▪ Placer un de vos cheveux verticalement sur un cadre vide à la position exacte de la fenteet 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 = .......................................