Exam TP

Question 1

Formule de la célérité, fréquence et longueur d’onde dans le vide ;

Answer 1

𝑐 = 𝜆₀ * 𝑓

c = célérité dans le vide, λ₀ = longueur d’onde, f = fréquence

Question 2

Formule de l’indice optique d’un milieu ;

Answer 2

𝑛 = 𝑐 / 𝑣

c = célérité dans le vide, v = célérité dans le milieu

Question 3

Formule de la loi de Snell-Descartes (réfraction) ;

Answer 3

𝑛₁ * sin(𝑖) = 𝑛₂ * sin(𝑟)

n₁ et n₂ sont les indices optiques des milieux

Question 4

Formule de la loi de Snell-Descartes (réflexion) ;

Answer 4

Angle de réflexion = angle d’incidence

Rayon réfléchi dans le plan d’incidence

Question 5

Formule de l’angle limite de réflexion totale ;

Answer 5

𝑛₁ * sin(𝑖_{lim}) = 𝑛₂

avec 𝑛₁ > 𝑛₂

Question 6

Cas particulier altuglas → air ;

Answer 6

𝑛 = sin(𝑖_{lim})

n = 1 pour l’air

Question 7

Formule de la déviation par un dioptre (cas n₁ < n₂) ;

Answer 7

𝐷 = 𝑖₁ − 𝑖₂

i₁ et i₂ sont les angles d’incidence et de réfraction

Question 8

Formule de la déviation par un dioptre (cas n₁ > n₂) ;

Answer 8

𝐷 = 𝑖₂ − 𝑖₁

i₁ et i₂ sont les angles d’incidence et de réfraction

Question 9

Formule du prisme à déviation minimale ;

Answer 9

𝑛 = sin((𝐴 + 𝐷ₘ) / 2) / sin(𝐴 / 2)

A est l’angle au sommet du prisme, Dₘ est l’angle de déviation minimale

Question 10

Formule de la relation de conjugaison d’une lentille mince (version simple) ;

Answer 10

1/𝑂𝐴 + 1/𝑂𝐴’ = 1/𝑓’

OA > 0 pour un objet réel, OA’ > 0 pour une image réelle

Question 11

Formule du grandissement transversal d’une lentille ;

Answer 11

𝛾 = 𝐴’𝐵’ / 𝐴𝐵 = −𝑂𝐴’ / 𝑂𝐴

A et B sont les points de l’objet et de l’image

Question 12

Condition de la règle des 4 f’ ;

Answer 12

𝐷 ≥ 4𝑓’

Pour obtenir une image réelle par une lentille convergente

Question 13

Formule de l’association de deux lentilles accolées ;

Answer 13

1/𝑓’ = 1/𝑓₁’ + 1/𝑓₂’

f₁’ et f₂’ sont les distances focales des lentilles

Question 14

Formule de la vergence d’une lentille ;

Answer 14

𝐶 = 1/𝑓’

C en dioptries, f’ en mètres

Question 15

Formule de la transmission spectrale d’un filtre ;

Answer 15

𝑇(𝜆) = 𝐼(𝜆) / 𝐼₀(𝜆)

I(λ) et I₀(λ) sont les intensités à la longueur d’onde λ

Question 16

Formule de l’incertitude sur sin i ;

Answer 16

𝛿(sin 𝑖) = |cos 𝑖| * 𝛿𝑖

i en radians

Question 17

Formule de l’incertitude sur 1/OA ;

Answer 17

|𝛿(1/𝑂𝐴)| = 𝛿𝑂𝐴 / 𝑂𝐴²

δOA est l’incertitude sur OA

Question 18

Formule de l’intervalle et incertitude à partir de valeurs min et max ;

Answer 18

𝑋 = (𝑋_{min} + 𝑋_{max}) / 2, 𝛿𝑋 = (𝑋_{max} − 𝑋_{min}) / 2

X est la valeur moyenne

Question 19

Objectif de la manip Étude quantitative de la réfraction ;

Answer 19

Déterminer l’indice n de l’altuglas en mesurant les couples (𝑖, 𝑟)

Utiliser la loi de Snell-Descartes

Question 20

Montage pour la manip de réfraction ;

Answer 20

Laser + platine tournante graduée + couronne d’altuglas + hémicylindre d’altuglas

Le faisceau passe par le centre de la platine

Question 21

Comment choisir les angles à mesurer dans la manip de réfraction ;

Answer 21

Choisir plusieurs angles d’incidence 𝑖 (exemple : 0°, 10°, 30°, 50°, 70°)

Lire pour chacun l’angle de réfraction 𝑟

Question 22

Comment exploiter les mesures (𝑖, 𝑟) pour trouver n ;

Answer 22

Tracer sin 𝑖 en fonction de sin 𝑟, ajuster une droite

La pente de la droite vaut n

Question 23

Objectif de la manip Étude quantitative de la réflexion totale ;

Answer 23

Observer la réflexion totale à l’interface altuglas/air

Mesurer l’angle limite 𝑖_{lim}

Question 24

Montage pour la manip de réflexion totale ;

Answer 24

Laser + platine + hémicylindre

Configuré pour que le faisceau passe de l’intérieur de l’altuglas vers l’air

Question 25

Comment repérer expérimentalement l’**angle limite** de réflexion totale ;

Answer 25

Faire varier l’angle d’incidence 𝑖, noter la valeur de 𝑖 à partir de laquelle le faisceau réfracté disparaît ## Footnote Seul le faisceau réfléchi subsiste

Question 26

Formule reliant l’**angle limite** de réflexion totale et l’indice n ;

Answer 26

𝑛 * sin(𝑖_{lim}) = 1 ## Footnote Pour altuglas d’indice n vers air

Question 27

Comment déterminer n et son **incertitude** à partir de 𝑖_{lim} ;

Answer 27

Calculer n pour 𝑖_{lim} − 𝛿𝑖 et 𝑖_{lim} + 𝛿𝑖 ## Footnote Obtenir 𝑛_{min} et 𝑛_{max}

Question 28

Objectif de la manip **Prisme – déviation minimale** ;

Answer 28

Mesurer l’angle de déviation minimale 𝐷ₘ d’un prisme ## Footnote En déduire l’indice n du matériau du prisme

Question 29

Montage pour la manip de **prisme** ;

Answer 29

Laser + platine graduée + prisme placé au centre ## Footnote Faisceau incident sur une face du prisme

Question 30

Comment repérer expérimentalement la **déviation minimale** Dₘ ;

Answer 30

Faire tourner le prisme, noter l’angle D lorsque la déviation passe par un minimum ## Footnote Le faisceau “revient en arrière” après ce point

Question 31

Formule donnant l’indice n du prisme en fonction de A et Dₘ ;

Answer 31

𝑛 = sin((𝐴 + 𝐷ₘ) / 2) / sin(𝐴 / 2) ## Footnote A est l’angle au sommet du prisme

Question 32

Comment estimer l’**incertitude** sur n à partir de l’incertitude sur Dₘ ;

Answer 32

Calculer n pour 𝐷ₘ − 𝛿𝐷 et 𝐷ₘ + 𝛿𝐷 ## Footnote Obtenir 𝑛_{min} et 𝑛_{max}

Question 33

Critère expérimental pour distinguer **image réelle** et **image virtuelle** ;

Answer 33

Image réelle : peut être projetée sur un écran ; image virtuelle : ne peut être vue qu’en regardant à travers la lentille ## Footnote Impossible à projeter sur un écran

Question 34

Objectif de la méthode **objet à l’infini** ;

Answer 34

Obtenir une estimation de la distance focale f’ d’une lentille convergente ## Footnote En utilisant un objet très éloigné

Question 35

Quel est l'**objectif** de la méthode “objet à l’infini”?

Answer 35

Obtenir une estimation grossière de la distance focale f’ d’une lentille convergente ## Footnote En utilisant un objet très éloigné (faisceau quasi parallèle)

Question 36

Décrivez le **montage** pour la méthode “objet à l’infini”.

Answer 36

* Objet très éloigné (lampe au plafond, mire sur un tableau) * Lentille convergente * Écran derrière la lentille ## Footnote On ajuste la position de l’écran jusqu’à obtenir une image nette de l’objet.

Question 37

Comment déduire **f’** avec la méthode “objet à l’infini”?

Answer 37

La distance lentille–écran où l’image est nette est une bonne approximation de f’ ## Footnote Quand l’objet est à l’infini, le faisceau arrive parallèle et l’image se forme au foyer image.

Question 38

Quelle est la **limite** de la méthode “objet à l’infini”?

Answer 38

Plus la distance focale est grande, plus la précision diminue ## Footnote Car on n’est jamais avec un véritable “infini” en salle de TP.

Question 39

Quel est l'**objectif** de la méthode d’auto-collimation?

Answer 39

Mesurer avec une bonne précision la distance focale f’ d’une lentille convergente ## Footnote En plaçant un miroir plan et en cherchant la situation où l’image de l’objet se reforme sur lui-même.

Question 40

Décrivez le **montage** pour l’auto-collimation.

Answer 40

* Objet (lettre F) devant la lentille convergente * Miroir plan derrière la lentille, perpendiculaire à l’axe optique ## Footnote La lumière traverse la lentille, se réfléchit sur le miroir, repasse dans la lentille et revient vers l’objet.

Question 41

Comment réaliser la **condition d’auto-collimation**?

Answer 41

Ajuster la distance objet–lentille jusqu’à observer l’image de l’objet se former dans le plan même de l’objet ## Footnote Avec une taille identique (grandissement -1).

Question 42

Pourquoi la méthode d’**auto-collimation** donne f’?

Answer 42

Quand l’objet est placé au foyer objet de la lentille, les rayons émergent parallèles ## Footnote La lentille forme alors l’image au foyer image, qui coïncide avec l’objet.

Question 43

Comment estimer l’**incertitude** sur f’ en auto-collimation?

Answer 43

Repérer l’intervalle de positions de l’objet pour lesquelles l’image est nette ## Footnote Prendre f’ égal au milieu de cet intervalle et δf’ égal à la moitié de la largeur de l’intervalle.

Question 44

Quel est l'**objectif** de la manip “Image d’une fente”?

Answer 44

Réaliser la projection nette de l’image d’une fente lumineuse sur un écran ## Footnote Savoir-faire fondamental pour la spectroscopie.

Question 45

Décrivez le **montage** pour réaliser l’image d’une fente.

Answer 45

* Source blanche réglée pour produire un faisceau parallèle * Fente étroite devant la source * Lentille convergente L2 entre la fente et l’écran ## Footnote Écran mobile pour trouver la position de netteté.

Question 46

Comment vérifier la **règle des 4f’**?

Answer 46

Fixer la distance D entre fente et écran et intercaler la lentille ## Footnote Si D < 4f’ aucune image nette réelle, si D ≥ 4f’ on trouve deux positions de la lentille donnant une image nette.

Question 47

Quel est l'**objectif** de la manip “f’ par relation de conjugaison”?

Answer 47

Déterminer f’ d’une lentille convergente en exploitant plusieurs couples de positions objet–image ## Footnote En utilisant la relation de conjugaison sous forme graphique.

Question 48

Comment préparer les **données** pour la méthode graphique de conjugaison?

Answer 48

* Mesurer OA et OA’ pour chaque configuration * Calculer 1/OA et 1/OA’ * Estimer les incertitudes sur ces quantités ## Footnote Puis tracer 1/OA’ en fonction de 1/OA.

Question 49

Comment extraire **f’** grâce au graphique 1/OA’ vs 1/OA?

Answer 49

L’ordonnée à l’origine de la droite ajustée vaut 1/f’ ## Footnote Donc f’ = 1/(ordonnée à l’origine).

Question 50

Quel est l'**objectif** de la manip sur les défauts de l’œil?

Answer 50

Comprendre expérimentalement la myopie, l’hypermétropie et leur correction ## Footnote En utilisant un modèle d’œil et des lentilles correctrices.

Question 51

Quelle lentille est utilisée pour un œil **myope**?

Answer 51

Une lentille divergente ## Footnote Elle repousse le punctum remotum vers l’infini.

Question 52

Quelle lentille est utilisée pour un œil **hypermétrope**?

Answer 52

Une lentille convergente ## Footnote Elle rapproche vers la rétine l’image des objets proches.

Question 53

Quel est l'**objectif** de la manip “lentilles accolées”?

Answer 53

Vérifier expérimentalement la relation 1/f’ = 1/f1’ + 1/f2’ ## Footnote Pour deux lentilles accolées.

Question 54

Comment mesurer la focale d’une lentille **divergente** à l’aide d’une lentille convergente?

Answer 54

Accoler la lentille divergente à une lentille convergente de focale connue ## Footnote Mesurer la focale f’ du doublet et utiliser 1/f’ = 1/fconv’ + 1/fdiv’.

Question 55

Quelle précaution à prendre pour mesurer la focale d’une lentille divergente par **accolage**?

Answer 55

Choisir une lentille convergente suffisamment forte ## Footnote Pour que l’association convergente + divergente reste globalement convergente.

Question 56

Quel est l'**objectif** de la manip “Dispersion de la lumière par un prisme”?

Answer 56

Observer la séparation de la lumière blanche en un spectre continu ## Footnote Grâce à un prisme et comprendre que l’indice dépend de la longueur d’onde.

Question 57

Décrivez le **montage** pour observer la dispersion.

Answer 57

* Source de lumière blanche * Fente étroite * Lentille convergente pour collimater le faisceau * Prisme * Écran pour observer la bande colorée ## Footnote De rouge à violet.

Question 58

Pourquoi le **bleu** est-il plus dévié que le rouge?

Answer 58

L’indice n du matériau est plus grand pour les courtes longueurs d’onde ## Footnote Donc le bleu se rapproche davantage de la normale à l’interface.

Question 59

Quel est l'**objectif** de la manip “Spectres de raies”?

Answer 59

Observer que certaines sources n’émettent pas un spectre continu mais un spectre discret de raies ## Footnote Signe de transitions quantifiées dans l’atome.

Question 60

Quelle est la différence entre un **spectre continu** et un **spectre de raies**?

Answer 60

* Spectre continu : toutes les longueurs d’onde d’un intervalle sont présentes * Spectre de raies : seules quelques longueurs d’onde bien définies sont présentes ## Footnote Sous forme de raies fines.

Question 61

Quel est l'**objectif** de la manip “Spectre de transmission d’un filtre coloré”?

Answer 61

Mesurer comment un filtre coloré sélectionne certaines longueurs d’onde de la lumière blanche ## Footnote En déterminant sa transmission spectrale T(λ).

Question 62

Décrivez le **montage** pour mesurer le spectre de transmission d’un filtre.

Answer 62

* Source blanche * Fente * Système d’optique vers le spectromètre via fibre optique ## Footnote Mesurer d’abord le spectre I0(λ) sans filtre, puis I(λ) avec filtre.

Question 63

Comment interpréter le **spectre de transmission** d’un filtre rouge?

Answer 63

T(λ) est proche de 1 pour les λ rouges et proche de 0 pour les λ bleues/vertes ## Footnote Le filtre apparaît rouge car il transmet principalement la lumière rouge.