TP Physique N° 03 bis 

Étude de la

diffraction.

Enoncé. 

 

   

  Correction 

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Programme 2012 :

Programme 2012 : Physique et Chimie

 

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- Étude  des ondes ultrasonores.

1)- Mesure de la longueur d’onde d’une onde ultrasonore.

I    Réaliser le montage suivant et le faire vérifier.

-          Réaliser les réglages afin d’obtenir un oscillogramme exploitable (il faut régler la durée de balayage pour observer une à deux périodes et la sensibilité verticale pour utiliser les 2/3  de l’écran).

-          Placer l’émetteur E et le récepteur R de façon à ce que les courbes observées à l’oscilloscope soient en phase (R doit être suffisamment proche de E). Repérer la position initiale de R. déplacer R jusqu’à ce que les courbes se trouvent en phase pour la dixième fois. On note d le déplacement correspondant du récepteur R.

? Quelle relation existe-t-il entre la longueur d’onde l et la distance d. En déduire la valeur de la longueur d’onde l de l’onde ultrasonore ?

-          Indiquer les valeurs choisies pour la durée de balayage et la sensibilité verticale.

-          Comparer l’allure des deux courbes observées lorsque R s’éloigne de E.

-          Déterminer la valeur de la période pour chaque onde. En déduire la valeur de la  fréquence pour chaque onde. Le constructeur indique que la fréquence de l’onde ultrasonore émise par l’émetteur est f » 40 kHz. Le résultat est-il compatible avec cette valeur ?

-          Calculer la célérité v des ondes ultrasonores dans l’air. On indique que   ou T représente la température absolue du milieu. Comparer les valeurs de v et v son. Conclusion. L’air est-il un milieu dispersif  pour les ondes sonores ?

2)- Diffraction des ondes ultrasonores.

I    Réaliser le montage 1 :

 

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 = 3 cm, 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 mm

 

 

 

 

 

L (cm)

 

 

 

 

 

1/a mm-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 l . D (longueur d’onde dans le vide pour le laser rouge : l = 632,8 nm)

-          On peut considérer que D >> L / 2, en conséquence ; l’angle q (rad) est petit. On peut faire l’approximation des petits angles : tan q » q. En déduire la relation liant q (rad), l et a.