Réponse:
Définitions
II - Règles
III - Méthodologie
I - Définitions
• 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 : changement de 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...). La lumière 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 3Nº : 36002 PHYSIQUE Série S
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Fiche Cours
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 : neau ≈ 1,33 ; nplexiglas ≈ 1,51 ; ndiamant ≈ 2,42...)
La célérité de la lumière dans l’air est légèrement inférieure à c. Conséquence nair ≈ 1.
• 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 : nrouge = 1,612 ; njaune = 1,621 et nbleu = 1,671 ;
- pour le verre crown : nrouge = 1,504 ; njaune = 1,507 et nrouge = 1,512.
• Propriété n°5
A chaque valeur de la fréquence ν d’une lumière monochromatique, l’œil associe une sensation de couleur.
• 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’une lumière monochromatique dans un milieu transparent d’indice de réfraction n est définie par :
λ = λ0
/ n où λ0
est la longueur d’onde de la lumière monochromatique dans le vide.
• Propriété n°8
Lois de la réfraction (rappels) :
- le rayon incident et le rayon réfracté sont dans le même plan ;
- n1
.sin i1
= n2
.sin i2
.
• 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
