INTERFERENCES LUMINEUSES
P14 interferences lumineuses PDF à télécharger (2.01 Mo)
Académie de Pikine-Guédiawaye Année scolaire 2018
Lycée de Thiaroye Niveau TS2
P14- Interferences lumineuses
Travaux dirigés Terminale S...P14 interferences lumineuses PDF à télécharger pour avoir le document au complet...
Question de cours
1) Donner les conditions d’interférences constructives et destructives en un point du champ d’interférence.
2) Les franges d’interférence sont-elles équidistantes ?
3) Citer quelques dispositifs interférentiels....P14 interferences lumineuses PDF à télécharger pour avoir le document au complet...
4) Dans un phénomène d’interférence, ...P14 interferences lumineuses PDF à télécharger pour avoir le document au complet...qu’appelle t-on interfrange ?
5) Peut-on obtenir des interférences lumineuses avec des faisceaux provenant de deux lampes de poche ?
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Ordre d’interférence
En un point M d’un champ d’interférence, la différence de marche entre les deux faisceaux qui interfèrent est : dM = 10 mm. La source de lumière est m diode l = 670 mn.
Quel est l’ordre d’interférence en ce point ?
Qu’observe-t-on ?
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Différence de marche Deux sources lumineuses issues des points S1 et S2 interfèrent au point M distant de d1 et d2 de ces sources. On pose d = d2 – d1. La longueur d’onde de la lumière est l = 600 nm. Lorsque d = 0, il y a une frange brillante d’ordre zéro. Calculer d pour la dixième frange brillante. |
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Trous d’Young
On réalise des interférences optiques avec le dispositif des trous de Young. Les ondes lumineuses émises par les sources secondaires S1 et S2 ont une fréquence n = 5,093.1014 Hz.
En un point M du champ d’interférences la différence d...P14 interferences lumineuses PDF à télécharger pour avoir le document au complet...e marche d = 5,89 mm.
1) Calculer la longueur d’onde l de la lumière émise.
2) Les ondes arrivent-elles en M en phase ou en opposition de phase ?
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Différence de marche
On observe une frange brillante d’ordre k = 4 dans le champ d’interférences obtenues avec un laser Ne-He ( l= 633 nm) et des fentes d’Young.
1) Quelle est la différence de marche d des faisceaux qui produisent par interférence cette frange ?
2) Même question pour une frange sombre d’ordre égal à .
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Détermination d’une longueur d’onde
Données : S1S2 = a = 2 mm ; d = 50 cm ; i = 0,34 mm ; i’ = 0,49 mm.
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On réalise une expérience d’interférences lumineuses avec des fentes d’Young qui jouent le rôle de deux sources synchrones S1 et S2 ; le faisceau incident est quasi-monochromatique, de longueur d’onde l....P14 interferences lumineuses PDF à télécharger pour avoir le document au complet...
On mesure l’interfrange i sur un écran placé perpendiculairement à l’axe du système, à une distance D du dispositif puis on relève ensuite sa valeur i’ alors ...P14 interferences lumineuses PDF à télécharger pour avoir le document au complet...que l’écran a été reculé d’une distance d.
1) Réaliser un schéma du montage.
2) Déterminer l.
Détermination d’une longueur d’onde
1) Deux sources cohérentes et synchrones S1 et S2 émettent une lumière de longueur d’onde l = 625 nm.
Il y a interférences au point M tel que d2 – d1 = 2,5.10-6 m.
Au point M les interféren...P14 interferences lumineuses PDF à télécharger pour avoir le document au complet...ces sont-elles constructives ou destructives ?
2) Les sources émettent à présent toutes les radiations visibles de longueur d’onde l1 = 400 nm et
l2 = 800 nm (visible).
Calculer les valeurs des longueurs d’onde qui permettent d’avoir au point M des interférences destructives.
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Fentes d’Young
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On réalise l’expérience des fentes d’Young avec un laser He-Ne (l = 633 nm). On observe les franges d’interférences sur un écran situé à une distance D = 3 m des fentes. La distance entre cinq franges noires successives vaut DX = 25 mm. |
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Si l’on remplace le laser He-Ne par une diode laser, sans rien modifier d’autre, on mesure maintenant
DX’ = 27 mm entre cinq franges noires.
L’interfrange i est donné par : i = où a est l’écart entre les fentes.
1) Calculer l’écart a entre les fentes.
2) Quelle est la longueur d’onde émise par la diode laser ?
Deux fentes F1 et F2 sont éclairées par une fente source lumineuse F en lumière monochromatique
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rouge de longueur d’onde l = 0,64 mm et se comportent comme deux sources synchrones et en phase. La figure d’interférences est observée sur un écran. On considère un point M de cet écran situé à la distance d1 de F1 et d2 de F2. La source F est située à égale distance de F1 et de F2.
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1) Les vibrations lumineuses issues des fentes F1 et F2 sont-elles cohérentes ? Sont-elles en phase ?
(Justifier les réponses).
2) La vibration lumineuse émise par la fente F1 arrive en M avec un certain retard. Exprimer ce retard en fonction de d1 et de la vitesse c de la lumière dans l’air.
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3) Même question pour la vibration lumineuse issue de la fente F2.
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4) En déduire à quelles conditions le point M sera sur une frange brillante ; sur une frange sombre.
Que peut-on dire des points M suivants :
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- M est tel que d2 – d1 = 0
- M est tel que d2 – d1 = 3,20 mm
- M est tel que d2 – d1 = 2,24 mm.
Comparaison de longueurs d’onde
Des franges d’interférence sont obtenues à l’aide de fentes d’Young et une source ordinaire de lumière blanche munie d’un filtre soit rouge, soit vert. A l’aide d’un micromètre, on détermine la valeur de l’interfrange i correspondant. Avec le filtre vert qui laisse passer des radiations autour de l = 550 nm, on mesure ...P14 interferences lumineuses PDF à télécharger pour avoir le document au complet...i = 0,32 mm. Puis on relève la valeur i’ lorsque la source blanche est munie du filtre rouge sans modifier les caractéristiques géométriques du montage. On obtient i’ = 0,38 mm....P14 interferences lumineuses PDF à télécharger pour avoir le document au complet...
Quelle est la valeur l’ de la longueur d’onde sélectionnée par le filtre rouge ?
Interfrange dans l’expérience des fentes d’Young
Dans le dispositif des fentes d’Young, éclairé par une radiation monochromatique l, la distance entre sources est a = 0,5 mm et l’écran est à D = 1,5 m des fentes. Le centre de la frange brillante k = 4 est à X4 = 7,6 mm de celui de la frange centrale. On admet que l’interfrange i s’exprime par : i = si a est...P14 interferences lumineuses PDF à télécharger pour avoir le document au complet... l’angle sous lequel on voit les sources depuis le milieu de la frange centrale ; a doit être petit pour que cette expression soit valable.
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1) Faire un schéma où l’on mettra en évidence l’angle a. Exprimer a en fonction de a et D.
Cet angle est-il petit, c’est-à-dire inférieur à 10° pour que tana » sina » a (en rad) ?
Proposer alors une expression de l’interfrange i en fonction de a, l et D.
2) Déterminer la valeur de la longueur d’onde l.
Fentes d’Young
Deux fentes F1 et F2 distantes de a = 2 mm émettent de la lumière provenant d’une même fente source F.
Elles produisent un système d’interférences lumineuses sur un écran placé à la distance D = 2 m des fentes.
La lumière provenant de la source F contient deux radiations monochromatiques, de longueurs d’onde l1 = 0,60 mm et l2 = 0,48 mm....P14 interferences lumineuses PDF à télécharger pour avoir le document au complet...
L’interfrange i (distance séparant les milieux de deux franges sombres ou de deux franges brillantes consécutives) est lié à l par la relation : i = l
1) Représenter à l’échelle 5, sur une largeur de 15 cm :
a) la figure d’interférences obtenue avec la radiation de longueur d’onde l1.
b) la figure d’interférences obtenue avec la radiation de longueur d’onde l2.
c) la figure d’interférences obtenue avec la lumière émise par la source F.
2) Qu’observerait-on si la source F émettait de la lumière blanche ?
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Les interférences sont-elles constructives ou destructives en ce point ? (Justifier)
Interférences par des fentes d’Young
Des interférences lumineuses sont réalisées avec des fentes d’Young et une lampe à vapeur de mercure, émettant des radiations de longueurs d’onde l1 = 436 nm et l2 = 577 nm. ...P14 interferences lumineuses PDF à télécharger pour avoir le document au complet...Les fentes sont vues depuis la frange centrale sous l’angle a = 1 mrad.
L’interfrange est donné par : i =
1) Calculer les valeurs des interfranges pour les deux radiations.
2) Si l’on s’écarte de la frange centrale, pour quel ordre...P14 interferences lumineuses PDF à télécharger pour avoir le document au complet... k observe-t-on une coïncidence entre les deux systèmes de franges ?
Fentes d’Young
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On réalise des interférences lumineuses à l’aide des fentes d’Young. Des filtres permettent d’obtenir des radiations monochromatiques différentes. |
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Pour chaque radiation, on mesure la longueur correspondant à 6 interfranges i (i est la distance séparant le milieu de deux franges brillantes consécutives ou de deux franges sombres consécutives). |
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1) Pourquoi mesure-t-on la distance correspondant à 6 interfranges de préférence à celle mesurant 1 interfrange ?
2) On a obtenu les résultats suivants :...P14 interferences lumineuses PDF à télécharger pour avoir le document au complet...
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l (mm) |
0,47 |
0,52 |
0,58 |
0,61 |
0,65 |
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couleur |
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6i (mm) |
14,1 |
15,6 |
17,4 |
18,3 |
19,5 |
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i (mm) |
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2.a- Compléter le tableau.
2.b- Tracer la courbe représentative de la fonction i = f(l).
Echelles en abscisses : 1 cm « 0,05 mm ; ordonnées : 1 cm « 0,1 mm.
3) La relation i = l est-elle en...P14 interferences lumineuses PDF à télécharger pour avoir le document au complet... accord avec la courbe obtenue précédemment ?
Quelle serait la valeur de l’interfrange obtenu avec une radiation de longueur d’onde 0,50 mm ?
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Réponse partielle : 3) i = 2,5 mm.
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La longueur d'onde de la lumière émise par la lampe est lo = 589 nm, les deux fentes F1 et F2 Se comportent comme deux sources cohérentes de lumière monochromatique. Les faisceaux de la lumière diffractée par F1 et F2 interfèrent et l'on observe sur l'écran E2 des franges d'interférence.
Soit y l'ordonnée d'un point M de l'écran E2 appartenant à la zone d'interférence, y étant comptée à partir d'un point O du centre de E2....P14 interferences lumineuses PDF à télécharger pour avoir le document au complet...
1) Quel est le caractère de la lumière ainsi mis en évidence par le phénomène observé ?
2) Représenter qualitativement la figure observée sur l'écran E2.
3) Expliciter, le sens des termes ou expressions suivants : écran opaque, source monochromatique, sources cohérentes et interfrange.
4) Sachant que la différence de marche entre 2 rayons provenant respectivement de F2 et F1, interférant en M, est donnée par la relation :
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Etablir l'expression de l'interfrange i en fonction de l0, D et a puis calculer i.
5) On remplace la source précédente par une source monochromatique dont la longueur d'onde est l1.
On observe sur l'écran E2 que la distance entre la quatrième frange brillante et la septième frange sombre situées de part et d'autre de la frange centrale brillante est d = 10,29 mm.
Quelle est la valeur de la longueur d'onde l1 de la lumière émise par la source ? (Extrait Bac S1S3 2002)