Commission scolaire des Hautes-Rivières Les services de l enseignement Éducation des adultes et Formation professionnelle PHY OPTIQUE

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1 Commission scolaire des Hautes-Rivières Les services de l enseignement Éducation des adultes et Formation professionnelle PHY OPTIQUE PRÉ-TEST B CORRIGÉ DOCUMENT PRÉPARÉ PAR LYNE DESRANLEAU ARIL 2003

2 Question 1 A) Choisir, parmi la série d énoncés, ceux qui sont décrits correctement : Une source ponctuelle est une source de grandeur mesurable. F 2- Avec une source étendue, un objet opaque produit de la pénombre entourée d ombre. 3- On éclaire, à l aide d une lumière cyan, un objet recouvert d un pigment magenta, la couleur perçue de cet objet est bleue. 4- On utilise un miroir convexe pour les miroirs de maquillage ou de rasage. 5- L image formée par une lentille divergente est toujours virtuelle, droite et plus petite que l objet. F F B) Corriger les énoncés fautifs de façon à les rendre valides. Question 2 1- Une source ponctuelle est une source de grandeur non mesurable. 2- Avec une source étendue, un objet opaque produit de l ombre entourée de pénombre. 4- On utilise un miroir concave pour les miroirs de maquillage ou de rasage. A) Choisir, parmi la série d énoncés, ceux qui sont décrits correctement : L image formée par les miroirs concaves peut être réelle ou virtuelle; elle peut être droite ou renversée, elle peut être située devant ou derrière le miroir. 2- La réflexion est diffuse lorsque les rayons parallèles sont réfléchis de façon ordonnée. 3- L angle d incidence est un angle que forme le rayon avec le miroir et est toujours égale à l angle de réflexion. 4- Une image virtuelle est formée par le prolongement des rayons réfléchis et on ne peut la reproduire sur un écran. 5- Les rayons du soleil convergent toujours au foyer principal image d un miroir concave. F F 2

3 B) Corriger les énoncés fautifs de façon à les rendre valides. 2- La réflexion est régulière lorsque les rayons parallèles sont réfléchis de façon ordonnée. 3- L angle d incidence est un angle que forme le rayon avec la normale au miroir et est toujours égale à l angle de réflexion. Question 3 Parmi les situations suivantes, indiquer toutes celles où intervient le phénomène de réfraction de la lumière : Justification : 1- La lune est visible la nuit grâce à la lumière du soleil que nous retourne sa surface. C est de la réflexion. 2- Un pinceau de lumière, arrivant obliquement sur une des faces d un prisme rectangulaire, en ressort, par l autre face, dans une direction parallèle à sa direction incidente. Pénètre des milieux différents (Air-prisme). 3- Un pinceau de lumière se propageant dans l air devient visible si l air contient de la fumée. Absorption. 4- Un bâton que l on plonge dans l eau obliquement semble être brisé à la surface de séparation de l eau et l air. Pénètre des milieux différents (eau, air). 5- En regardant la surface d un lac par un temps calme d automne, on peut apercevoir le paysage renversé et coloré formé par les arbres situés près de la rive. Réflexion 6- Un pinceau de lumière blanche, arrivant sur une face d un prisme rectangulaire, en ressort en présentant un spectre de couleurs. Pénètre des milieux différents (Air-prisme) donc réfraction en plus de dispersion. 3

4 Question 4 A) Identifier l anomalie optique de l œil représentée par le schéma suivant. Myopie B) Proposer un correctif approprié. Justifier votre réponse en traçant les rayons sur le schéma de l œil qui suit. Lentille divergente 4

5 Question 5 On vous donne le montage ci-dessous Les angles peuvent être différents. L important c est d avoir le bleu sous le rouge. La source laser émet successivement un pinceau de lumière rouge et un pinceau de lumière bleue. Schématiser le comportement des deux pinceaux de lumière émis par ce laser depuis leur entrée dans le prisme jusqu à la sortie dans l air. Question 6 Compléter la phrase suivante par les énoncés qui sont décrits correctement. Dans un spectre électromagnétique la lumière visible a une fréquence plus grande que celle des ultraviolets. F 2- les micro-ondes ont une énergie plus petite que celle de l infrarouge. 3- les rayons gamma possèdent les plus petites longueurs d onde. 4- l infrarouge et l ultraviolet ont une énergie plus petite que celle des rayons X et gamma. 5- la fréquence des ondes radioélectriques est inférieure aux fréquences des autres types d onde. Énergie + f Justification : radio micro-ondes infra visible - uv - x gamma 8 5

6 Question 7 On veut projeter l image réelle et nette d un objet à l aide d un miroir concave. Cet objet est placé sous l axe principal du miroir. Le schéma suivant illustre la situation. Déterminer la position de l image de l objet qui sera obtenue après avoir tracé les rayons lumineux appropriés. L image est entre O et F. Question 8 Une joaillière utilise une loupe dont la distance focale est de 2 cm pour fixer un diamant de 0,1 mm sur une bague. Le diamant est à 1,5 cm de la loupe. A) Faites le schéma de la situation et tracez l image à l aide de rayons B) Donnez les quatre caractéristiques de l image obtenue. Image virtuelle, droite, plus grande que l objet, du même côté que l objet. 6

7 Question 9 Le schéma suivant représente une ampoule électrique ( source étendue et non ponctuelle) qui est suspendue au-dessus d une table où reposent des billes. Isabelle s amuse à déplacer le livre à la verticale pour observer les phénomènes d ombre et de pénombre. À quelle position croyez-vous qu elle découvrira le plus de billes dans la pénombre? Position 2. Justifier votre réponse en utilisant le tracé des rayons. Position 1 (2 billes complètes) Position 2 (3 billes complètes) Position 3 (2 billes complètes) Position 4 (aucune) 7

8 Question 10 L angle avec lequel on envoie un rayon lumineux dans une fibre optique, dont l indice de réfraction est de 1,6, mesure 40º. Le rayon de lumière y reste-t-il emprisonné? Oui, car il y a réflexion totale. Laisser toutes les traces de votre démarche. Si n 1, n 2 sin2 c = n 2 sin2 c = 1 ou n 1 sin2 1 = n 2 sin2 2 n 1 = 1,6 n 1 1,6 1,6 sin2 1 = 1 sin90 o n 2 = 1 (air) 2c = 38,7 o 40 o, 38,7 o 1 sin2 1 = 1,6 Question 11 ous voulez construire l objectif d un appareil photographique à l aide d un système de lentilles. Cet objectif doit avoir une longueur focale de 50 mm. ous avez à votre disposition cinq lentilles dont les vergences sont données dans le tableau ci-dessous. ergence Lentille (dioptrie) ,0 3 4, Trouvez une combinaison possible de lentilles que vous pouvez utiliser pour construire votre objectif. 1 1 C r = = = 20 * f = 0,05 m f 0,05 m Laisser les traces de votre démarche. Combinaison lentilles C T = - 6, = 20 * ou lentilles C T = = 20 * 8

9 Question 12 Un rayon laser L placé sur un support peut tourner sur un axe vertical pour atteindre un détecteur fixe en D. Le miroir M 1 est fixe et le miroir M 2 peut être déplacé sur le mur de droite seulement. Où doit-on placer le miroir M 2 pour que le rayon laser L atteigne le détecteur? Indiquer le trajet du rayon laser. 9

10 Question 13 On place une chandelle d une hauteur de 8 cm à 15 cm d un miroir convexe, dont la distance focale est de 5 cm. oici le schéma qui illustre la situation. Ce schéma n est pas à l échelle. ho = 8 cm cm cm cm----- chandelle foyer image do = 15 cm f = - 5 cm miroir convexe A) La hauteur de l image : 1 = = 1-1 = 1-1 f di do di f do di = -3,75 image virtuelle hi - di = ho do hi = - di x ho do hi = - - 3,75 x 8 15 = + 2 cm image droite Hi = 2 cm 10

11 B) Déterminer le grandissement : 1 Hi 2 1 Gr = calcul : Gr = = = 4 Ho 8 4 Question 14 Sur le schéma suivant, une substance transparente non identifiée repose à la surface d une épaisse couche de quartz fondu. L indice de réfraction absolu du quartz fondu est de 1,46. Au moment de sortir de la substance non identifiée pour entrer dans le quartz, un rayon lumineux subit une réflexion totale interne. En s aidant du tableau ci-dessous, François émet quatre hypothèses quant à la nature de la substance non identifiée. Milieu Indice de réfraction absolu Glace à -8º C 1,31 Eau 1,33 erre(crown) 1,52 Zircon 1,90 Quelle hypothèse est la meilleure? Zircon n 1 doit être > 1,46 Justification : n 1 sin2 1 = n 2 sin2 2 n 1 sin 55 o = 1,46 sin 90 o car réflexion totale n 1 > n 2 1,46 donc la substance non identifiée doit avoir n 1 = = 1,78 sin55 o un indice plus grand que 1,78 : alors le zircon. 11

12 Question 15 Un objet de 2 cm de hauteur est placé à 7 cm d une lentille convergente dont la distance focale est de 2 cm. Déterminer la hauteur et la position de l image. Laisser toutes les traces de votre démarche. Ho = 2 cm Hi - di = = = do = 7 cm di f do Ho do f = +2 cm ,8 x 2 = G H i = convergente di di = + 2,8 cm Hi = - 0,8 cm image réelle image renversée Question 16 Expliquer brièvement comment les découvertes successives des théories sur la lumière ont apportées de profonds changements en matière de technologie. Ces découvertes sur la lumière considérée comme particules, onde et énergie d une onde, ont permis des applications techniques comme le laser, les ondes radio et télévision, Internet, ordinateur, téléphones cellulaires, ect. D autres réponses possibles. 12

13 Question 17 Dans le premier numéro du bulletin national d optique situé à Québec, on peut lire : «L Institut national d optique dispose d une vaste gamme d appareils servant à la fabrication des fibres optiques» A) Dites sur quel principe physique fonctionne la fibre optique. La réflexion totale interne. B) Donner une utilisation de la fibre optique et son avantage dans l un des domaines suivants : communications, médecine ou industrie. Communications : téléphonie, câblodistribution Avantage : perte d énergie très faible Médecine : Avantage : Industriel : Avantage : visionnement interne d une partie du corps ou traitement au laser concentration d énergie visualisation optique amélioration des images Question 18 Au delà de la bande de fréquence des ultraviolets, se trouvent les rayons X et les rayons gamma. En décrivant brièvement la situation qui existait avant la "connaissance" de ces ondes électromagnétiques, donner une possibilité amenée par l utilisation du rayon X et une autre possibilité amenée par le rayon gamma. - Avant les rayons X, on ne pouvait détecter les fractures ou «caries» dentaires ; maintenant, on peut mieux soigner les gens en détectant mieux les problèmes médicaux. - Avant les rayons gamma, les gens souffrant de cancer avait une espérance de vie pratiquement nulle. Maintenant, les rayons gamma sont utilisés pour détruire des cellules cancéreuses. - D autres réponses sont possibles. 13