CORRECTION Séance n 5/6

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1 STAGE de PRE-RENTREE Physique CORRECTION Séance n 5/6 Optique QCM n 1 : A-B-D a) Vrai : b) Vrai: c) Faux : On divise par 4. d) Vrai : e) Faux : Ils sont en phase. QCM n 2: A-C-D-E a) Vrai : Les ondes incohérentes, à la différence des ondes cohérentes, sont déphasées entre elles mais ce déphasage n est pas constant au cours du temps ce qui ne leur permet pas de subir le phénomène d interférence mais les intensités peuvent s additionner de manière algébrique. b) Faux : Les ondes cohérentes résultent de la diffraction à travers une fente : elles présentent la même direction de propagation sous un angle θ mais comme les sources secondaires sont éloignées d une distance x, une des onde effectue un chemin optique supplémentaire d = x.sin(θ) qui se traduit au niveau temporel par un déphasage ω.xc constant. Par contre, elles présentent bien la même célérité et la même longueur d onde. c) Vrai : Il suffit de visualiser la figure de diffraction : considérons 2 points séparés d une distance x. Après diffraction, on peut considérer qu ils se comportent tout deux comme une source émettrice d onde. Prenons une direction de propagation donnée que l on souhaite étudier θ. Le deuxième rayon effectue un trajet optique supplémentaire noté dl sur le schéma et dans le triangle rectangle : sinθ= dlx dl = x.sin(θ) le chemin optique est donc proportionnel à la distance séparant les sources. d) Vrai : Si l orifice est circulaire, lors du passage de l onde plane à travers cet obstacle (à condition qu il soit de dimension de l ordre de grandeur de la longueur d onde λ), il va se comporter comme une source secondaire à l origine d onde diffractée circulaire. e) Vrai : La diffraction à travers un obstacle nous donne l ordre de grandeur de la taille de cet obstacle, à condition bien sur de choisir la longueur d onde λ adaptée (elles doivent être environ égale). Ainsi, pour visualiser des structures moléculaires, il faut prendre un λ = cf très petit (de l ordre de l angtröm) donc une très haute fréquence.. Eté 2011 Stage de pré-rentrée UE 3 Physique Correction n 5/6 1 / 5

2 QCM n 3 : A-C--E a) Vrai: La source est ponctuelle donc elle émet des ondes sphériques. b) Faux : Le vecteur d onde est perpendiculaire aux surfaces d ondes. c) Vrai : T=1/f d) Faux : Dans la formule I=P/(4пd²), I représente la puissance surfacique qui est aussi appelé intensité dans le cours. La puissance surfacique est donc divisée par 10 2 = 100 en multipliant la distance par 10. e) Vrai : I=P/(4пd²)= 100/(4п100²)=0.8mW.m -2.. QCM n 4 : C-D a) Faux : L équation d une onde est de type : L amplitude est de 1 cm. b) Faux : =2 f donc f= = =31,8 Hz. c) Vrai : =10 donc c= =20 m.s -1 d) Vrai : =ct=20.0,03=0,6m. e) Faux : 10 SI. g( t, x) A.sin t kx QCM n 5 : A-B-C a) Vrai: Les ondes qui s additionnent et l onde stationnaire ont la même pulsation propre donc la même fréquence f= 1/T= 1/ ,2.109 Hz=1,2 GHz b) Vrai: Une onde stationnaire peut exister entre 2 obstacles si la distance les séparant est égale à un multiple de la longueur d onde divisée par 2 donc le rapport D.2/λ doit être entier. Calculons d abord la longueur d onde λ=c.t= =0,249 m. Application : D.= n.λ /2 n= D.2/λ =1,50.2/0,2492 =12, qui est entier, le phénomène est possible. c) Vrai : Même raisonnement, on trouve n=1 ; qui est entier. d) Faux : Même raisonnement, on trouve n=0,5, ce qui n est pas compatible avec le phénomène. e) Faux : il faut des dimensions de multiple de λ/2. f) FAUX QCM n 6 : A a) Vrai : A(x,t) équation d une onde est de type : x g( t, x) A.cos ( t ) c La phase à l origine est donc de - (car t et x auront une valeur égale à 0). b) Faux : correspond à la pulsation propre de l onde. Sa fréquence sera f 3979 Hz. c) Faux : Il suffit de replacer les valeurs données dans la formule : 23,6 SI. d) Faux : 12,6 mm. NB : La longueur d onde est identique pour A et B, puisqu elles ont la même pulsation propre et la même célérité. e) Faux : Regardez bien les formules. A est de la forme cos(x- ) tandis que B est de la forme sin(x). Or, pour tout X, cos(x- ) = sin(x). Les ondes A et B ayant la même longueur d onde ainsi que la même célérité, nous pouvons donc affirmer qu elles sont en phase. Eté 2011 Stage de pré-rentrée UE 3 Physique Correction n 5/6 2 / 5

3 QCM n 7 : D On va appliquer la loi de Snell-Descartes en cascade. On voit sur le schéma que l on a affaire à la traversée de 2 dioptres, un entre l air et le verre pour l entrée du rayon dans le prisme, un autre entre le verre et l eau pour la sortie. A la première interface, n air.sin (i i ) = n verre.sin (i 2 ) i 2 = sin-1 [(n air/n verre).sini i] = sin-1 (11,5.sin40) = 19,47 Ensuite, il faut déterminer avec quelle incidence ce rayon diffracté arrive au niveau de la deuxième interface. Pour cela, on se place dans le triangle de sommet A et d angle 60. L angle formé entre le rayon et la surface du prisme est obtenu grâce à la normale : α = 90 19,47=70,53 La somme des angles d un triangle étant égale à 180, on en déduit le dernier β = ,47= 49,53 Ainsi, l angle incident pour le deuxième dioptre γ = 90 49,53 = 40,47 On applique alors la loi de la diffraction à la deuxième interface : n verre.sin (γ) = n eau.sin (i r ) i r = sin-1 [(n verre/n eau).sinγ] = 48,5 QCM n 8 : A-D-E a) Vrai : La lumière blanche est composée d un continuum de rayonnement monochromatiques qui possèdent tous un indice de réfraction différent dans le verre donc après passage à travers un dioptre, la réfraction sera différente en fonction de la longueur d onde du rayonnement, de sa fréquence et donc de sa couleur. Ce phénomène est observé lors d un phénomène météorologique remarquable, l arc en ciel. b) Faux : Il suffit d analyser la formule de l indice de réfraction qui est égal au rapport de la célérité de la lumière dans le vide (constante) sur la vitesse de cette même lumière dans le milieu : n = cv. Comme n et v sont inversement proportionnels, comparer les vitesses de déplacement dans un milieu revient donc à comparer directement les indices de réfraction. Ici, n bleu > n jaune v bleu < v jaune. c) Faux : La loi de la diffraction nous dit n air.sin (i i ) = n verre.sin (i r ) i r = sin-1 [n air.n verre.(sini i)]. n air, sin(i i ) sont des données constante, la fonction arcsinus étant une fonction croissante (c est la fonction réciproque de sinus, croissante sur 0 - π/2), on en déduit que i r et n verre varient en sens inverse donc : n bleu > n jaune i r bleu < i r jaune. La lumière bleue est donc moins déviée. d) Vrai: cf c) e) Vrai : La fréquence détermine la couleur du rayonnement monochromatique et chaque fréquence va être associée à un indice de réfraction particulier donc le phénomène de réfraction dépend bien de la fréquence. QCM n 9: A-C-D-E a) Vrai :n 1 sin(i 1 )=n 2 sin(i 2 ) donc i 2 =sin -1 ( )=58 b) Faux : Pas de réciprocité. c) Vrai : Il y a toujours de la réflexion, de l absorption et si les conditions sont réunis de la réfraction. d) Vrai : L angle limite est atteint pour i 2 =90. I lim =sin -1 ( )=56. e) Vrai Eté 2011 Stage de pré-rentrée UE 3 Physique Correction n 5/6 3 / 5

4 QCM n 10: B-C a) Faux : b) Vrai : La puissance est supérieure à 0, le dioptre est donc convergent. c) Vrai :Soit A le point dans l espace 1 et A son image dans l espace 2... N oublions pas de considérer le sens direct comme celui allant de l espace 1 vers l espace 2. Ainsi, la valeur de SA sera négative. D où : d) Faux : L angle de réflexion I r est identique à l angle d incidence I i, soit d une valeur de 30. e) Faux : La fraction transmise t est égale à 1-r, avec r la fraction réfléchie. Donc t=1-0,1=0,9=90%. QCM n 11: B-C-D-E a) Faux : Le champ magnétique est orientée selon l axe des z (seule coordonnée non nulle). b) Vrai c) Vrai : Le champ B se déplace selon l axe des x, étant donné qu il est couplé avec le champ E, ce dernier se déplace également dans cette direction. L onde se déplace donc selon l axe des y. d) Vrai : =2 f donc f= = =79,5 Hz. e) Vrai : n= = =2,4 QCM n 12 : C-D-E a) Faux : Seulement pour les photons. b) Faux : On peut assimiler à tout corps une onde, cependant les effets ne seront visibles qu au niveau atomique. c) Vrai d) Vrai e) Vrai : Car à la longueur d onde de De Broglie n est pas négligeable devant les dimensions de la particule. On peut donc assimiler cette particule à une onde et vice-versa. QCM n 13 : B a) Faux : p = m.v = 7, = 4,3 kg.m.s -1 = 4,3 SI. b) Vrai : Selon la relation de De Broglie : λ= = 1, m. c) Faux : Les longueurs d onde du visible sont situées entre 400 et 800 nm, soit une valeur largement supérieure à celle de l onde associée à la balle. d) Faux : p = m.v donc m= = 1,5 kg. e) Faux : Ici, c est la relation de De Broglie qui s applique. La relation du quantum d Einstein réfère aux photons (qui n ont pas de masse). Eté 2011 Stage de pré-rentrée UE 3 Physique Correction n 5/6 4 / 5

5 QCM n 14 : A-B-C-D-E a) Vrai : Nous savons que., donc. De même,, d où : et donc. Nous en arrivons à k = = b) Vrai : Comme nous l avons précédemment montré, c) Vrai : Soit une épaisseur x de 1 cm. On sait que. On calcule l absorption relative :. d) Vrai : k=σ.c, donc e) Vrai : QCM n 15 : A-C-E a) Vrai : Ce phénomène entraîne l émission d un photon d énergie quantifiée. b) Faux : La désexcitation du LASER est provoquée. c) Vrai : Cette inversion de population permet d augmenter la probabilité de désexcitation des électrons (d où le fait que la désexcitation est dite «provoquée»). d) Faux : Le rayonnement du LASER est monochromatique : tous les électrons, pompés avec la même énergie, se désexciteront de la même manière. Les photons produits auront donc une énergie identique, soit la même longueur d onde, et donc la même couleur. e) Vrai : Ainsi, le rayonnement LASER est amplifié, focalisé, monochromatique et cohérent. QCM n 16 : B-D a) Faux : Absorption. b) Vrai : c) Faux : Diffusion inélastique et absorption. d) Vrai e) Faux : C est l inverse.. Eté 2011 Stage de pré-rentrée UE 3 Physique Correction n 5/6 5 / 5