Exercices d’Optique - ac-bordeauxfr

Exercice 3 Un prisme d’angle A et d’indice n=1,5 est éclairé par un rayon incident perpendiculaire à la face d’entrée du prisme Tracer la marche du rayon lumineux et calculer la déviation D dans les deux cas suivants : 1- A = 30° et A = 60° Pour A = 30°

EXERCICE DENTRAINEMENT : Prisme rectangle isocèle http://www

Optique géométrique Prisme Prisme rectangle isocèle 1/1 On considère un prisme rectangle isocèle ABC, rectangle en A, d'indice n=1,5 Tracer la marche du rayon incident à travers le prisme et calculer la déviation du rayon incident à la traversée du prisme dans chacun des cas suivants (on indiquera le ou les cas où il y a réflexion

TD2:Optiquegéométrique Exercice6 Prisme

TSI1–Physique-chimie TD2:Optiquegéométrique Exercice11:Doublereflet e S i UnesourcelumineuseponctuelleSestsituéeàunedistancex = 1mdelacouchedeverre

Exercices d’Optique - ac-bordeauxfr

2008-2009 Exercices d’Optique ☎ Ex-O1 10 Indice d’un liquide Une cuve en verre a la forme d’un prisme de section droite rectangle isoc`ele Elle est pos´ee horizontalement sur une des arˆetes de longueur l du triangle isoc`ele, et le sommet oppos´e a ce cˆot´e est ouvert pour permettre de remplir la

Chapitre 1 Optique géométrique

Exercice 1 - Expérience d’Eratosthène H Remarque En physique, il faut penser à réaliser un schéma présentant la situation (surtout en optique) On a donc : AS “ 50ˆ100ˆ160 Soit : AS “ 800000m Or C Terrestre “ 360 7,2 ˆ800000 “ 40000km où C Terrestre est la circonférence de la Terre Enﬁn R Terrestre “ C Terrestre 2

Optique MPSI-PCSI-PTSI

I 'optique, branche de la physique qui l'étude des 1m - par o u par des B 2 I — Modèle du rayon lumineux premier modèle scientifique dont nous gardons trace est celui du rayon lumincux, qui ne dit de la nature de la mais aux grecs, comme Euclide , de duQIopper I'optique géomècrique Iiée la rétlexion de

EXERCICES D ’O PTIQUE GEOMETRIQUE ENONCES

Comment se comporte alors le prisme ? A partir de ce prisme, proposer un montage permettant de renvoyer en sens inverse la lumière Exercice 3 : Fibre optique Une fibre optique à saut d’indice est constituée d’un coeur (cylindre très long de diamètre très faible) et d’une gaine (tube de matière transparente qui entoure le coeur)

Recueil examens avec les corrigés

Viseur Optique Interface(s) USB2 Alimentation Batterie Canon BP-511A/514 Pilotes d'installation PC livrés Windows 2000, Me, XP Dimensions (l x p x h) en mm 152 x 75 x 113 Poids net en g 810 Vous souhaitez photographier un arbre de 6 mètres de haut qui se situe à une distance de 25 mètres

Exercice 1: r e exion totale Exercice 2: lame a faces parall

Exercice 4: prisme et spectroscopie Soit un prisme de verre d’indice net d’angle au sommet A(Fig ) Un r' i' r A n 1 1 i D Figure 1 { Prisme d’indice net d’angle au sommet A rayon lumineux p en etre dans le prisme avec l’angle d’incidence i On ap-pelle Dla d eviation de ce rayon lumineux par le prisme, c’est- a-dire l’angle

Exercices d"Optique

" (...) que mon corps est le prisme inaperçu, mais vécu, qui réfracte le monde aperçu vers mon "Je». Ce double mouvement de conscience,à la fois centrifuge et centripète, qui me relie au monde, transforme celui-ci par là même, lui donne une détermination, une qualification nouvelle. » EdmondBarbotin-Humanité de l"hommeAubier, p. 48 (1970) ?Lois de Snell-Descartes O1? ???Ex-O1.1Mise en jambes

1)Refaire le sch´ema ci-contre en ne

laissant que les rayons lumineux existant r´eellement.

2)Donner toutes les relations angulaires

possibles en pr´ecisant pour chacune si elle est d"origine g´eom´etrique ou optique. ???Ex-O1.2La loi de la r´efraction

Un rayon lumineux dans l"air tombe sur la

surface d"un liquide; il fait un angleα= 56
◦avec le plan horizontal.

La d´eviation entre le rayon incident et le rayon r´efract´eestθ= 13,5◦. Quel est l"indicendu

liquide?

R´ep. :n= 1,6.

???Ex-O1.3Constructions de Descartes et de Huygens Montrer que les deux constructions suivantes permettent de tracer le rayon r´efract´e.

1) Construction de Descartes:

◦tracer les cercles de rayonsn1etn2; ◦soitMl"intersection du rayon incident avec le cercle de rayon n 1; ◦soitPl"intersection du cercle de rayonn2et de la droite orthogonale `a la surface de s´eparation passant parM; ◦le rayon r´efract´e n"est autre queOP.

2) Construction de Huygens:

◦tracer les cercles de rayons 1/n1et 1/n2; ◦soitMl"intersection du rayon incident avec le cercle de rayon 1/n1; ◦tracer la tangente enMau cercle de rayon 1/n1; ◦soitIle point d"intersection de la tangente avec la surface de s´eparation; ◦soitPl"intersection du cercle de rayon 1/n2et de la se- conde tangente trac´ee; ◦le rayon r´efract´e n"est autre queOP. ???Ex-O1.4Dispersion par le verre

Le tableau ci-contre donne les longueurs d"onde,

dans le vide, de deux radiations monochroma- tiques et les indices correspondants pour deux types de verre diff´erents.

Couleurλ0(nm)n(crown)n(flint)

rouge656,31,5041,612 bleu486,11,5211,671

1)Calculer les fr´equences de ces ondes lumineuses. D´ependent-elles de l"indice du milieu?

On prendrac0= 2,998.108m.s-1.

Exercices d"Optique2008-2009

2)Calculer les c´el´erit´es et les longueurs d"onde de la radiation rouge dans les deux verres.

3)a) Un rayon de lumi`ere blanche arrive sur un dioptre plan air-verre,

sous l"incidencei= 60◦. L"indice de l"air est pris ´egal `a 1,000. Rappeler les lois deDescartesrelatives `a la r´efraction de la lumi`ere. b) Calculer l"angle que fait le rayon bleu avec le rayon rougepour un verre crown, puis pour un verre flint. Faire une figure. c) Quel est le verre le plus dispersif? i r R rB ???Ex-O1.5Relation entre l"indice et la longueur d"onde

On mesure l"indice d"un verre pour

diff´erentes longueurs d"onde (dans le vide) :

λ(nm)400500600700800

n(λ)1,5001,4891,4821,4791,476 On veut d´eterminer les coefficientsAetBde la relation deCauchy:n(λ) =A+Bλ2.

1)D´eterminer les unit´es deAet deB.

2)Expliquer pourquoi il ne faut pas ´etudiernen fonction deλ, maisnen fonction de1

λ2.

3) `A l"aide d"une calculatrice, d´eterminerAetBpar r´egression lin´eaire.

4)En d´eduirenpourλ= 633nm.

???Ex-O1.6Courbure d"une fibre optique Une fibre optique est constitu´e d"une ˆame en verre d"indicen1= 1,66 et de diam`etred= 0,05mmentour´ee d"une gaine en verre d"indicen2= 1,52. On courbe la fibre ´eclair´ee sous incidence normale. Quel est est le rayon de courbureRminimal pour lequel toute la lumi`ere incidente traverse la fibre?

R´ep :Il fautR >d

2.n1+n2n1-n2

???Ex-O1.7Flotteur Un disque en li`ege de rayonrflotte sur l"eau d"indicen; il soutient une tige plac´ee perpendiculairement en son centre. Quelle estla longueur hde la partie de la tige non visible pour un observateur dans l"air?

Citer les ph´enom`enes mis en jeu.

R´ep. :h=r⎷

n2-1. ???Ex-O1.8Le point de vue du poisson Un poisson est pos´e sur le fond d"un lac : il regarde vers le haut et voit `a la surface de l"eau (d"indicen= 1,33) un disque lumineux de rayonr, centr´e `a sa verticale, dans lequel il aper¸coit tout ce qui est au-dessus de l"eau.

1)Expliquer cette observation.

2)Le rayon du disque estr= 3,0m.`A quelle profondeur se trouve le poisson?

R´ep. :h= 2,6m.

???Ex-O1.9Lame `a faces parall`eles

On consid`ere une lame `a faces parall`eles en verre (indicen) plong´ee dans l"air. Elle peut ˆetre

consid´er´ee comme l"association de deux dioptres plans parall`eles. Il y a donc stigmatisme approch´e dans les conditions deGauss(Cf. le¸con suivante).

1)Faire une figure montrant qu"un rayon d"incidenceia subi `a sa sortie un simple d´eplacement

d"une distanced=e.sin(i-r) cosr(rest l"angle de r´efraction `a la premi`ere r´efraction;eest l"´epaisseur de la lame).

2)Montrer que la position de l"image est telle queAA?=e(1-1

n) et que ce d´eplacement appa- rent a lieu dans le sens de la lumi`ere. CalculerAA?pour une vitre d"´epaisseur 1mm. Conclusion?

2http ://pcsi-unautreregard.over-blog.com/qadripcsi@aol.com

2008-2009Exercices d"Optique

???Ex-O1.10Indice d"un liquide

Une cuve en verre a la forme d"un prisme de

section droite rectangle isoc`ele. Elle est pos´ee horizontalement sur une des arˆetes de longueur ldu triangle isoc`ele, et le sommet oppos´e `a ce cˆot´e est ouvert pour permettre de remplir la cuve d"un liquide transparent d"indicen. Un pinceau de lumi`ere est envoy´e horizontale- ment sur la face verticale de la cuve, dans un plan de section droite, `a la hauteurl 2.

Ce rayon ´emerge au-del`a de l"hypoth´enuse et rencontre en un pointPun ´ecranEplac´e vertica-

lement `a la distancelde la face d"entr´ee du dispositif. On n´eglige l"effet dˆu aux parois en verre

sur la propagation du pinceau de lumi`ere.

1)Quelle limite sup´erieure peut-on donner `a la valeur de l"indice?

2)Quel est l"indicendu liquide contenu dans la cuve en fonction delet dez?

3)A.N. : calculernavec :l= 30cmetz= 6,7cm.

2 sin?

i+ arctan?l-2zl?? ;3)n= 1,36 (´ethanol peut-ˆetre). ???Ex-O1.11Deux prismes accol´es Deux morceaux de verre taill´es sous forme de tri- angles rectangles et isoc`eles d"indices respectifsNetn ont leur faceABcommune. Un rayon incident frappe ADsous une incidence normale, se r´efracte enI1, se r´efl´echit enI2puis ressort enI3sous l"incidencei. Les valeurs deNetnsont telles que la r´eflexion soit totale enI2.

1)´Ecrire la relation deSnell-Descartesaux pointsI1etI3.

2)Quelles relations v´erifient les anglesretα;αetβ?

3)Quelle relation v´erifientNetnpour que la r´eflexion soit limite enI2?

CalculerN,r,α,βetipourn=3

2quand cette condition limite est r´ealis´ee.

On appelleN0cette valeur limite deN. Pour que la r´eflexion soit totale enI2,Ndoit-il ˆetre plus grand ou plus petit queN0?

4)´Ecrire la relation v´erifi´ee parNetnpour que l"angleisoit nul. Que vautN?

Solution Ex-O1.4

1)νR= 4,568.1014Hz,νB= 6,167.1014Hz.

Les fr´equences ne d´ependent pas du milieu.

2)c=c0

n, et donc :λ=cν=c0ν1n=λ0n. •Dans le verre de crown : c

R= 1,993.108m.s-1

etλR= 436,3nm. •Dans le verre de flint : c

R= 1,86.108m.s-1

etλR= 407,1nm.

3)a) Le rayon r´efract´e est dans le plan d"in-

cidence etnsini=n?sinr. b)•Pour le verre de crown : r

R= 35,16◦etrB= 34,71◦: le rayon bleu

est plus d´evi´e que le rayon rouge. L"angle entre le rayon rouge et le rayon bleu vaut

Δr= 0,45◦

•Pour le verre de flint : r

R= 32,50◦etrB= 31,22◦: le rayon bleu

est plus d´evi´e que le rayon rouge. L"angle entre le rayon rouge et le rayon bleu vaut

Δr= 1,28◦

c)→Le" flint » est un verre plus dispersif que le " crown » car l"angle entre les deux rayons est le plus important. qadripcsi@aol.comhttp ://pcsi-unautreregard.over-blog.com/3

Exercices d"Optique2008-2009

Solution Ex-O1.5

1)nn"a pas d"unit´e, doncAn"a pas d"unit´e

quotesdbs_dbs4.pdfusesText_8

[PDF] Exercices d’Optique - ac-bordeauxfr

Exercices d"Optique

1)Refaire le sch´ema ci-contre en ne

2)Donner toutes les relations angulaires

Un rayon lumineux dans l"air tombe sur la

R´ep. :n= 1,6.

1) Construction de Descartes:

2) Construction de Huygens:

Le tableau ci-contre donne les longueurs d"onde,

Couleurλ0(nm)n(crown)n(flint)

1)Calculer les fr´equences de ces ondes lumineuses. D´ependent-elles de l"indice du milieu?

On prendrac0= 2,998.108m.s-1.

Exercices d"Optique2008-2009

2)Calculer les c´el´erit´es et les longueurs d"onde de la radiation rouge dans les deux verres.

3)a) Un rayon de lumi`ere blanche arrive sur un dioptre plan air-verre,

On mesure l"indice d"un verre pour

λ(nm)400500600700800

1)D´eterminer les unit´es deAet deB.

2)Expliquer pourquoi il ne faut pas ´etudiernen fonction deλ, maisnen fonction de1

λ2.

4)En d´eduirenpourλ= 633nm.

R´ep :Il fautR >d

2.n1+n2n1-n2

Citer les ph´enom`enes mis en jeu.

R´ep. :h=r⎷

1)Expliquer cette observation.

2)Le rayon du disque estr= 3,0m.`A quelle profondeur se trouve le poisson?

R´ep. :h= 2,6m.

1)Faire une figure montrant qu"un rayon d"incidenceia subi `a sa sortie un simple d´eplacement

2)Montrer que la position de l"image est telle queAA?=e(1-1

2http ://pcsi-unautreregard.over-blog.com/qadripcsi@aol.com

2008-2009Exercices d"Optique

Une cuve en verre a la forme d"un prisme de

1)Quelle limite sup´erieure peut-on donner `a la valeur de l"indice?

2)Quel est l"indicendu liquide contenu dans la cuve en fonction delet dez?

3)A.N. : calculernavec :l= 30cmetz= 6,7cm.

2 sin?

1)´Ecrire la relation deSnell-Descartesaux pointsI1etI3.

2)Quelles relations v´erifient les anglesretα;αetβ?

3)Quelle relation v´erifientNetnpour que la r´eflexion soit limite enI2?

CalculerN,r,α,βetipourn=3

2quand cette condition limite est r´ealis´ee.

4)´Ecrire la relation v´erifi´ee parNetnpour que l"angleisoit nul. Que vautN?

Solution Ex-O1.4

1)νR= 4,568.1014Hz,νB= 6,167.1014Hz.

2)c=c0

R= 1,993.108m.s-1

R= 1,86.108m.s-1

3)a) Le rayon r´efract´e est dans le plan d"in-

R= 35,16◦etrB= 34,71◦: le rayon bleu

Δr= 0,45◦

R= 32,50◦etrB= 31,22◦: le rayon bleu

Δr= 1,28◦

Exercices d"Optique2008-2009

Solution Ex-O1.5

1)nn"a pas d"unit´e, doncAn"a pas d"unit´e