Partie B : Interférences

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1 Partie B : Interférences Activité 4 Introduction au phénomène d interférences avec des ondes sonores Objectif : Introduire le phénomène d interférences avec des ondes sonores. 1. Écrire ce que signifie pour vous le mot «interférence». On va créer deux sources sonores identiques en branchant un GBF délivrant une tension sinusoïdale sur 2 haut-parleurs placés en dérivation. 2. A votre avis les ondes produites par les hauts parleurs vont-elles interférer? Argumenter votre réponse en expliquant par exemple ce que l'on risque d'entendre. GBF Réaliser l'expérience proposée par le professeur (la décrire ) et indiquer les observations : Lire le B1 du modèle. Activité 5 (expérimentale) Étude expérimentale du phénomène d interférences Objectif : Étudier qualitativement et quantitativement le phénomène d interférences dans le cas des ondes lumineuses. I. Étude qualitative On va faire passer un faisceau laser à travers deux fentes fines verticales, très proches l'une de l'autre. 1. Prévision : sur le schéma ci-dessous, représentez le faisceau de lumière après son passage par les fentes. Sur l écran : On réalise l expérience. Observer et corriger éventuellement votre prévision avec une autre couleur. 2. En faisant référence à l activité précédente avec les deux HP, proposez une interprétation des observations. 3. Indiquer une observation visible avec la lumière mais qui n a pas été perçue dans le cas des ondes sonores. Lire le B2 du modèle.

2 Activité 5 - II. Étude quantitative, cas des ondes à la surface de l'eau Pour mettre en évidence le phénomène d'interférences pour des ondes à la surface de l'eau, on peut utiliser deux sources vibrant en phase. On obtient ainsi deux ondes circulaires de même fréquence et en phase au niveau des sources. 1. Pourquoi les zones où il y a interférences constructives sont-elles difficiles à voir à l'œil nu? 2. Comment régler un appareil photo pour observer ces zones et les zones d'interférences destructives? Sur le document ressource fourni, les zones lumineuses des photos du bas représentent les zones d'interférences constructives. 3. Justifier que la ligne médiane (notée 0) entre les deux sources soit une zone d'interférences constructives. On appelle différence de marche entre les deux ondes qui interfèrent en M, la différence entre la distance S 1 M et la distance S 2 M : δ = S 1 M S 2 M. 4. Que vaut la différence de marche sur cette ligne médiane? 5. En utilisant le modèle, indiquer ce que vaut la différence de marche sur la ligne courbe n Vérifier la proposition précédente en faisant des mesures à la règle sur le document et éventuellement sur la photo du haut obtenue pour la même fréquence. 7. Généraliser le résultat obtenu à toutes les zones d'interférences constructives. Activité 5 III. Étude quantitative, cas des ondes lumineuses On considère le schéma de la situation expérimentale étudiée. Les deux fentes se comportent comme deux sources de lumière S 1 et S 2 cohérentes. 1. En vert, représenter un rayon de lumière qui va de S 1 à M puis un rayon qui va de S 2 à M. 2. Avec une autre couleur, représenter la différence de marche δ entre les deux ondes qui interfèrent en M. Utiliser le modèle pour répondre aux questions suivantes. 3. Si δ = 0, où se trouve le point M sur l écran? Ce point est-il alors dans une frange claire ou dans une frange sombre? 4. Si δ est un multiple entier (non nul) de la longueur d onde, le point M est-il dans une frange claire ou sombre? 5. Si δ est un multiple entier d une demi-longueur d onde, le point M est-il dans une frange claire ou sombre? On appelle interfrange, noté i, la distance séparant deux franges brillantes (ou deux franges sombres) consécutives sur l écran. On peut montrer qu'on a ici : i = λd b 6. Répondre aux questions suivantes en utilisant la relation précédente donnant i : a) Pour augmenter l interfrange, faut-il rapprocher ou éloigner l écran? b) Pour augmenter l interfrange, faut-il rapprocher ou espacer les fentes? c) Avec quel laser (lumière verte ou lumière rouge) obtient-on un interfrange plus important, toutes conditions égales par ailleurs?

3 Activité 5 - IV. Vérification expérimentale du modèle Vérification qualitative Par groupe de 4, avec le matériel disponible, vérifier qualitativement la relation donnant l interfrange. Exposer par écrit vos démarches, vos observations et vos conclusions. Les 3 paires de fentes disponibles Largeur des fentes : 70 µm Écartement : 0,2 mm ; 0,3 mm ; 0,5 mm. Chaque paire est espacée de la voisine de 10 mm Vérification quantitative Par groupe de 2, avec une double fente de votre choix, vérifier quantitativement la relation donnant l interfrange. On fera un calcul d écart relatif. Exposer précisément les mesures effectuées, les résultats obtenus, et l analyse de ces résultats.

4 Ressources 1 - Activité 5 (fréquence 15 Hz) Petit temps de pose ,0 cm Grand temps de pose

5 Ressources 2 - Activité 5 (fréquence 20 Hz) Petit temps de pose ,0 cm Grand temps de pose