Présentation de la Ressource

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1 Présentation de la Ressource Module : «les ondes qui nous environnent» Thème : Des ondes pour observer et mesurer. Observer : Voir plus grand Mesurer : Diffraction et interférences Type de ressources : document décrivant une expérience permettant d étudier les phénomènes de diffraction et d interférences à l aide d un appareil photo numérique. Il n y a pas de contextualisation ni de calculs exploitant les courbes d intensité lumineuse obtenues car seul l aspect purement technique est décrit. Notions et contenus : capacités exigibles - Mettre en évidence le phénomène de diffraction de l objet diffractant et de la longueur d onde sur une figure de diffraction - Utiliser un capteur d intensité lumineuse pour visualiser une figure de diffraction d une fente rectangulaire, d un fil. - Réaliser une mesure dimensionnelle en utilisant le phénomène de diffraction - Utiliser un capteur d intensité lumineuse pour visualiser une figure d interférences, le protocole étant donné. - Effectuer une mesure dimensionnelle avec un dispositif interférométrique, le protocole étant fourni. Compétences travaillées possibles : Réaliser, analyser, valider Résumé : Pour éviter d acheter une barrette CCD on peut utiliser le capteur d un appareil photo numérique. L image de la figure de diffraction ou d interférence est ensuite analysée à l aide des logiciels gratuits suivants : regavi puis regressi ou le logiciel mesurim (utilisé aussi en SVT) On obtient alors directement le graphe représentant l intensité lumineuse de la figure obtenue en fonction de la distance. Des mesures de l interfrange ou de la largeur de la tache centrale de diffraction peuvent être effectuées à partir des courbes obtenues afin d en déduire la taille de l objet diffractant. Pour l étude des interférences, on peut obtenir la distance entre les 2 fentes d Young et leur dimension. Cette manipulation peut être réalisée par les élèves à l aide soit de leur appareil photo numérique soit de leur smartphone. Mots clés : image numérique, diffraction, interférences, capteur CCD, appareil photo numérique Académie où a été produite la ressource : Strasbourg (Antoine Maigret) 1

2 Ressource Terminale STL SPCL Etude des phénomènes de diffraction ou d interférences On réalise le dispositif ci-après (image n 1). Le laser utilisé émet une radiation lumineuse de longueur d onde de 580 nm. On photographie la figure de diffraction en se plaçant dans l axe du montage, derrière la feuille de papier blanc sur laquelle on a tracé une échelle au crayon. Ici un segment de 10 cm de longueur. On analyse l image dans regavi pour obtenir la courbe représentant l intensité lumineuse en fonction de la distance (voir tutoriel). Après transfert des données dans regressi, on peut en déduire la largeur de la tache centrale de diffraction ou de l interfrange. Avec le même dispositif, il y a possibilité d étudier également le phénomène d interférences lumineuses. Ici dispositif des fentes d Young placées sur un support de diapositives (image n 2). Image n 2 : Figure de diffraction obtenue par la diffraction du faisceau laser par un fil. Image n 1 : On place l APN derrière la feuille de papier, bien en face de la figure de diffraction pour un enregistrement satisfaisant. Il faut travailler dans le noir complet Image n 3 : Figure d interférences obtenue pour les fentes d Young 2

3 Traitement de l image n 2 Permet d affiner la courbe d intensité obtenue Placer le repère d échelle sur le segment de 10 cm tracé sur la feuille Indique la longueur réelle du segment Filtre pour la couleur de travail Aligner le trait avec la figure lumineuse étudiée sensibilité Courbe d intensité lumineuse dans regressi Traitement de l image n 3 3

4 Traitement de l image n 3 Courbe d intensité lumineuse dans regressi Précautions à prendre : - Bien aligner l objectif de l appareil photo avec l axe du montage. - La pénombre ne suffit pas pour obtenir une image exploitable. Il faut le noir complet dans la pièce. - La mesure de la distance correspondant à plusieurs interfranges permet d obtenir des résultats plus précis. 4

5 Tutoriel logiciels regavi et regressi - Lancer regavi - Sélectionner «intensité lumineuse» - Cliquer sur «charger» pour charger l image. - Placer le repère d échelle sur le repère dessiné sur la feuille - Indiquer la dimension réelle du repère - Placer le deuxième ligne sur la figure de diffraction - La courbe d intensité apparaît. En fonction de la taille de l image, l ensemble de la courbe n apparaît pas forcément mais elle sera complète après le transfert dans regressi. - Régler la couleur de travail et la sensibilité ainsi que le lissage pour obtenir une courbe de qualité optimale. Tutoriel logiciel mesurim - Charger l image en cliquant sur «fichier» puis «ouvrir» - Redimensionner l image en cliquant sur «image» puis «redimensionner» - Avec le curseur de la souris tracer une ligne horizontale recouvrant la figure lumineuse étudiée - Cliquer ensuite sur «choix» puis «outil» de «mesure puis lumière sur une bande» - Cliquer sur «mesurer». La courbe d intensité lumineuse apparaît dans la nouvelle fenêtre - Attention, les distances sont exprimées en pixels. On peut alors réinvestir les connaissances de première sur les images numériques pour mesurer des distances à partir de la définition de l image et de ses dimensions. 5