Cours Physique - Série S: Modèle ondulatoire de la lumière

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Fiche de révision Physique: Ondes

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• Publié le: 07 mars 2014
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• Langue: Français

Extrait

Nº : 36002

Plan de la fiche

I - Définitions II - Règles III - Méthodologie

I - Définitions

Fiche Cours

PHYSIQUE

Série S

Fiche 2 : Modèle ondulatoire de la lumière

• Lumière :onde électromagnétique.

• Lumière monochromatique :onde électromagnétique progressive sinusoïdale de fréquence donnée (exemple : lumière émise par un laser).

• Lumière polychromatique :onde électromagnétique composée d’un ensemble de lumières monochromatiques de fréquences différentes (exemple :lumière émise par un lampe à incandescence).

• Domaine visible :ondes électromagnétiques variant de 400 nm (violet extrême) à 800 nm (rouge extrême).

• Dispersion de la lumière :décomposition de la lumière polychromatique en ses différents composants monochromatiques.

• Diffraction de la lumière :modification du trajet de l’onde électromagnétique et de l’intensité lumineuse lorsque la lumière passe par une ouverture ou autour d’un obstacle.

• Indice de réfraction d’un milieu transparent : n = c / v où c est la célérité de la lumière dans le vide et v est la célérité de la lumière dans le milieu transparent.

• Milieu dispersif :milieu dont l’indice de réfraction dépend de la fréquence.

• Réfraction: changementde direction de la lumière lors de la traversée d’un milieu transparent vers un autre milieu transparent.

II - Règle

Propriétés • Propriété n°1 La lumière se propage en ligne droite dans un milieu transparent homogène. • Propriété n°2 La lumière n’a pas besoin d’un milieu matériel pour se propager. Elle se propage dans le vide et dans les milieux transparents (air,eau, verre...). Lalumière ne se propage pas dans les milieux opaques (bois, pierre...).

• Propriété n°3 La célérité c de la lumière dans le vide est d’environ m.s3 × 10 . 8 -1

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Nº : 36002

Fiche Cours

PHYSIQUE

Série S

La célérité v de la lumière dans un milieu transparent est définie par : v = c / n. La célérité de la lumière dans les milieux transparents autres que l’air et le vide est inférieure à c . Conséquence : n > 1 (exemples : nt ≈ 2,42...)s ≈ 1,51 ; n≈ 1,33 ; n eau plexigladiaman La célérité de la lumière dans l’air est légèrement inférieure à c . Conséquence n≈ 1 . air • Propriété n°4 Les milieux transparents autres que l’air et le vide sont dispersifs. Un milieu est d’autant plus dispersif que son indice de réfraction varie plus fortement avec la fréquence de la lumière qui s’y propage : exemple concernant le verre flint (verre au plomb) considéré plus dispersif que le verre crown (verre ordinaire). En effet, les résultats donnent : - pour le verre flint : n= 1,671 ;= 1,621 et n= 1,612 ; n rouge jaunebleu - pour le verre crown : n= 1,512= 1,504 ; n= 1,507 et n . rouge jaunerouge • Propriété n°5 A chaque valeur de la fréquence ν l’œil associe une sensation de couleur.d’une lumière monochromatique, • Propriété n°6 Lors du passage d’une lumière monochromatique d’un milieu transparent à un autre, la fréquence ne change pas ; par contre, la célérité et la longueur d’onde correspondantes sont modifiées. • Propriété n°7 La longueur d’onde λ  d’unelumière monochromatique dans un milieu transparent d’indice de réfraction n définie par : est λ = λ/ n où λ est la longueur d’onde de la lumière monochromatique dans le vide. 0 0

• Propriété n°8 Lois de la réfraction (rappels) : - le rayon incident et le rayon réfracté sont dans le même plan ; - = n .sin in .sin i . 1 12 2

• Propriété n°9 Lors de la décomposition de la lumière blanche par un prisme, la lumière monochromatique la plus déviée est celle qui correspond au violet extrême.Conséquence :le rouge extrême est la lumière monochromatique la moins déviée.

• Propriété n°10 La lumière subit le phénomène de diffraction lorsqu’elle rencontre une ouverture de très petites dimensions (de l’ordre de la longueur d’onde de la lumière). Dans le cas d’une lumière monochromatique, - si l’ouverture est circulaire, la figure de diffraction obtenue est constituée d’anneaux concentriques ; - si l’ouverture est une fente verticale,la figure de diffraction obtenue est constituée de taches réparties sur un axe perpendiculaire à la fente. a est la largeur de la fente ; d est la largeur de la tache centrale ; D est la distance fente-écran. La tache centrale est bordée de taches sombres (extinctions) et de taches moins brillantes que la tache centrale (taches secondaires). L’écart angulaire entre le milieu de la tache centrale et la première extinction est défini par : θ ≈ tan θ car θ est petit ;ce qui conduit à : θ = (d / 2) / D . Soit : θ = d / 2D . Par ailleurs,la théorie et l’expérience montrent que : θ = λ / a .

III - Méthodologie

Dans le cas d’une diffraction par une fente, compte tenu des relations précitées ( θ = d / 2D  et θ = λ / a ), onen déduit que : d = (2Dλ) / a . La diffraction est plus importante si la fente est plus fine.

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