TP Physique N° 03

Étude de la diffraction 2005. Enoncé.

 

  Correction

Matériel :

-          Oscilloscope, récepteur et émetteur d’ultrasons, plaque magnétique, ½  cercle gradué, plaques qui servent de fente

-          Laser, fentes de différentes ouvertures a, écran, décamètre, règle, papier millimétré.

 

I- Diffraction des ondes ultrasonores.

1)- Dispositif expérimental.

I    Réaliser le montage 1 et le faire vérifier.

Montage 1

Montage 2

 

 

-          Placer le récepteur R en face de l’émetteur E. Déplacer R sur un arc de cercle et mesurer l’amplitude du signal reçu U m tous les 10 °. 

-          Pour des raisons de symétrie, réaliser les mesures que d’un seul côté.

-          Conclusion.

I    Refaire l’expérience (Montage 2) en plaçant une fente devant l’émetteur. 

-          Refaire les mesures pour différentes largeurs de la fente (a = 1 cm et a = 0,5 cm).

-          Conclusion.

II- Diffraction de la lumière.

1)- Dispositif expérimental. (Vue de dessus)

I    Réaliser le montage précédent. Placer l’écran à la distance D = 2,50 m de la fente. Placer la fente d’ouverture a connue. 

-          Régler afin d’obtenir une figure de diffraction exploitable. 

-          Mesurer la largeur L de la tache centrale de diffraction pour différentes largeurs a de la fente.

2)- Résultats des mesures.

-          Tableau : reproduire et compléter le tableau suivant :

a μm

 

 

 

 

 

L (cm)

 

 

 

 

 

1/a μm-1

 

 

 

 

 

3)- Exploitation.

-          Tracer la courbe L = f (1/a). Tracer la droite moyenne et calculer le coefficient directeur k de cette droite. Donner son unité dans le S.I.

-          Vérifier que k = 2 λ . D (longueur d’onde dans le vide pour le laser rouge : λ = 632,8 nm)

-          On peut considérer que D >> L / 2, en conséquence ; l’angle θ (rad) est petit. 

-          On peut faire l’approximation des petits angles : tan θ » θ (rad).

-          En déduire la relation liant θ (rad), λ et a.

III- Devoir : étude d’une figure de diffraction : 

Le document ci-contre est une reproduction de la figure de diffraction obtenue sur un écran situé à 2,00 m d’une fente de largeur 100 mm éclairée par une lumière émise par une diode laser.

1)- Quelle relation existe-t-il  entre le demi-diamètre angulaire θ de la tache centrale de diffraction, la longueur d’onde λ et la largeur a de la fente ?

2)-  

a)-     établir la relation entre la largeur a de la fente, tan θ, la largeur X 1 de la tache centrale de diffraction et la distance D séparant l’écran de la fente.

b)-     Simplifier cette relation si l’angle θ est petit.

3)- Déterminer la longueur d’onde λ dans le vide de la lumière émise par cette diode laser.

4)- Quelle particularité de la figure de diffraction les mesures réalisées mettent-elles en évidence ?

5)- En utilisant le même dispositif :

a)-     Dire quelles seraient les dimensions de la tache centrale de diffraction obtenue avec une lumière monochromatique bleue de longueur d’onde λ = 450 nm.

b)-     Décrire l’aspect de la tache centrale de diffraction obtenue avec une lumière blanche.