Prepa HelpSuperposition d'ondes lumineuses, trous d'Young et réseau : cours, méthodes et exercices corrigés
Additivité des intensités, conditions d'interférences, formule de Fresnel et contraste, ordre d'interférence, trous et fentes d'Young, franges et interfrange, brouillage par élargissement de la source, lumière blanche, réseau plan, relation fondamentale des réseaux et finesse des pics.
- 11méthodes
- 48exercices corrigés
- 6problèmes
- 32pièges
- 51figures
Ce que tu sauras faire
Deux faisceaux lumineux qui se rencontrent peuvent donner, au lieu d'une simple somme d'éclairements, une alternance de zones brillantes et sombres : ce sont les interférences, preuve directe du caractère ondulatoire de la lumière. Elles ne s'observent que dans des conditions précises, que ce chapitre établit, avant d'étudier les deux dispositifs de référence : les trous d'Young, qui font interférer deux ondes, et le réseau, qui en fait interférer un grand nombre et sert à analyser la lumière. À la fin, tu dois savoir :
- dire quand les intensités s'ajoutent et quand il faut utiliser la formule de Fresnel ;
- établir et utiliser la formule de Fresnel, calculer un contraste et un ordre d'interférence ;
- établir la différence de marche dans le dispositif des trous d'Young, à distance finie et à l'infini, décrire les franges et calculer l'interfrange ;
- prévoir l'effet d'un déplacement de la source, d'une lame ou d'un changement de milieu sur la figure d'interférences ;
- ramener un dispositif à division du front d'onde à deux sources secondaires ;
- établir et utiliser la relation fondamentale des réseaux, et relier la finesse des pics au nombre de traits ;
- selon ta classe, appliquer le critère de brouillage par élargissement spatial ou spectral de la source et décrire les interférences en lumière blanche.
Plan du cours
- 1. Superposition de deux ondes lumineuses
- 1.1 Le terme d'interférence
- 1.2 Formule de Fresnel
- 2. Le dispositif des trous d'Young
- 2.1 Différence de marche et franges
- 2.2 Variantes du dispositif
- 2.3 Fentes d'Young et montage expérimental
- 3. Brouillage des franges
- 3.1 Critère semi-quantitatif
- 3.2 Élargissement spatial
- Élargissement spectral
- Lumière blanche
- 4. Le réseau plan
- 3. Le réseau plan
- Relation fondamentale
- Intensité et finesse des pics
- Dispersion et spectroscopie
- Minimum de déviation et pouvoir de résolution
Les méthodes du chapitre
Chaque méthode est une fiche : quand l'utiliser, le rappel de cours, les étapes, la rédaction attendue sur la copie, un exemple traité, les erreurs à éviter.
- Appliquer la formule de Fresnel
- Établir une différence de marche dans les trous d'Young
- Décrire les franges et calculer l'interfrange
- Prévoir le déplacement des franges
- Ramener un diviseur du front d'onde aux trous d'Young
- Utiliser la relation fondamentale des réseaux
- Exploiter la finesse des pics d'un réseau
- Mesurer au goniomètre : minimum de déviation et pouvoir de résolution
- Appliquer le critère de brouillage par élargissement spatial
- Appliquer le critère de brouillage par élargissement spectral
- Décrire une figure en lumière blanche
Les exercices corrigés
Chaque exercice a ses indications, sa correction rédigée et ce qu'il faut en retenir.
Application directe (14)
- Formule de Fresnel et contraste
- Observe-t-on des interférences
- Établir la formule de Fresnel en notation réelle
- Interfrange et nombre de franges
- Ordre d'interférence en un point
- Mesurer une longueur d'onde
- Trous d'Young dans l'eau
- Allure de figures d'Young
- Champ d'interférences de fentes réelles
- Maxima d'un réseau
- Une raie du cadmium au réseau
- Largeur de la fente source
- Combien de franges en lumière filtrée
- Franges irisées en lumière blanche
Entraînement (28)
- Mesurer l'indice d'une lame
- Déplacement de la source
- Jusqu'où vaut l'approximation de l'interfrange constant
- Anneaux sur un écran perpendiculaire aux trous
- Observation dans le plan focal d'une lentille
- Trois trous en montage de Fraunhofer
- Franges de deux ondes planes dans un liquide
- Miroir de Lloyd
- Miroirs de Fresnel
- Interféromètre de Rayleigh et indice de l'air
- Homogénéité de l'indice d'une lame
- Spectre du mercure au réseau
- Réseau en incidence oblique
- Un disque compact comme réseau
- Étalonner un réseau au goniomètre
- Monochromateur à réseau
- Recouvrement des ordres : un piège
- Largeur angulaire d'un pic
- Intensité de ondes en Python
- Minimum de déviation et pouvoir de résolution
- Deux sources incohérentes
- Largeur de cohérence en montage de Fraunhofer
- Interférométrie stellaire à deux télescopes
- Pourquoi une fente source parallèle aux fentes
- Le doublet du sodium aux trous d'Young
- Doublet de raies d'intensités inégales
- Une lamelle qui fait disparaître les franges
- Spectre cannelé
Approfondissement (6)
- Biprisme de Fresnel
- Bilentille de Billet
- Réseau linéaire d'antennes
- Fente source large : calcul exact du contraste
- Deux miroirs parallèles et deux sources
- Lame dispersive et frange achromatique
Les problèmes de concours
Des extraits de sujets réels, corrigés en entier, avec la durée conseillée et les méthodes mobilisées.
- Mesurer la vibration d'un verre avec un miroir de Lloyd
- Vélocimétrie laser à franges
- Démultiplexeur à réseau de miroirs inclinés
- De deux fentes à un réseau
- Spectrogoniomètre à réseau
- Mesurer l'écart de deux sources par interférométrie
Comment y accéder
Ce chapitre fait partie des chapitres offerts : il s'ouvre en entier avec un compte d'essai gratuit pour les filières dont il est l'un des trois premiers chapitres. Créer un compte d'essai ou se connecter.