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1 Sujet ECE 2 : Physique Interférences lumineuses Contexte du sujet : Du fait de la très grande sensibilité des figures d interférences aux conditions expérimentales, les mesures par interférences, ou interférométrie, se sont répandues dans de très nombreux secteurs, comme dans l industrie, pour la mesure de très faibles variations d épaisseur. Un réseau permet de décomposer la lumière grâce au phénomène d interférences. Un réseau est constitué d un support transparent sur lequel ont été gravés des traits parallèles et équidistants. Le «pas» du réseau, noté b, est la distance entre 2 traits consécutifs. Ces traits parallèles se comportent comme des fentes. Eclairés avec un laser, ils donnent une figure d interférence. OBJECTIF DU TP : Le but de cette épreuve est d'analyser et d'expérimenter pour déterminer le pas d un réseau grâce à l analyse de la figure d interférences. Documents mis à disposition : Document 1 : Un personnage historique Thomas Young est considéré comme un génie polymathe, aussi doué pour les langues que pour les sciences. Fondateur de l optique physiologique et père de la théorie ondulatoire de la lumière, il est également le premier à déchiffrer certains hiéroglyphes égyptiens. Document 2 : une de ses nombreuses expériences Document 3 : schéma de l expérience des fentes d Young avec une lumière monochromatique. Document 4 : Figure d interférences d une lumière monochromatique rencontrant la double fente. On appelle interfrange i la distance séparant les milieux de 2 franges brillantes (ou sombres) consécutives : i= λ D b 1

2 Matériel mis à disposition : Laser Hélium-Néon (Rouge) Fente simple Douple fente Réseau (pas : b) Ecran (mur blanc) Mètre roulant Supports Identification des paramètres expérimentaux (20 min conseillées) 1) On souhaite vérifier les indications d un constructeur sur la valeur b du pas d un réseau à partir d une figure d interférence. À partir des documents, identifier les paramètres expérimentaux susceptibles d influencer la figure d interférences obtenue 2) Proposer un protocole permettant de vérifier qualitativement l'influence de la distence D (distance entre les fentes et l'écran) sur la figure d'interférences. Réaliser l'expérience et comparer les résultats à la formule de l'interfrange. n 1 er le professeur pour lui présenter votre analyse ou en cas de difficulté. 2) Proposer un protocole expérimental permettant de déterminer le pas b d un réseau grâce à l analyse de sa figure d interférences en lumière monochromatique : 2

3 n 2 er le professeur pour lui présenter le protocole ou en cas de difficulté. Mesure du pas d un réseau (20 min conseillées) 3) Réaliser l expérience en respectant les règles de sécurité pour déterminer la valeur du pas b du réseau. n 3 er le professeur pour vérifier la figure d interférences et vos résultats de mesure, ou en cas de difficulté. 4) Indiquer ci-dessous vos résultats de mesure : Validation des résultats obtenus (20 min conseillées) Les incertitudes absolues sur λ, b, i et D sont respectivement notées U(λ), U(b), U(i) et U(D). 5) Evaluer les incertitudes absolues U(i) et U(D) des mesures de l'interfrange i et de la distance D 3

4 L incertitude absolue sur la mesure de b peut être évaluée par : U (b)=b ( U (λ) λ ) 2 +( U (i) i 2 ) +( U (D) 2 D ) 6) Calculer cette incertitude sachant que U(λ) = 1 nm. 7) En déduire un encadrement de la valeur expérimentale b du pas du réseau. 8) Est-il en accord avec la valeur indiquée par le fabriquant du réseau? n 4 er le professeur pour vos conclusions ou en cas de problème Défaire le montage et ranger la paillasse avant de quitter la salle. 4

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