Terminale S TP 7_Le phénomène d’interférences M.Meyniel 1/2 LASER, Lumière et Interférences Objectifs : - Trouver la formule donnant l’expression de l’interfrange i de la figure d’interférences en fonction des paramètres du dispositif utilisé. - Retrouver la longueur d’onde λ d’une diode laser. - Compétences mises en œuvre : utiliser un laser en respectant les consignes de sécurité ; proposer un protocole expérimental permettant de vérifier l’influence de différents paramètres ; utiliser un tableur- grapheur pour éprouver une hypothèse ; estimer la précision d’une mesure. Document 1 : Interférences & Larousse (d’après www.larousse.fr) Phénomène qui résulte de la superposition d'ondes de même nature et de fréquences égales (ou voisines), et qui se manifeste par une variation dans l'espace ou dans le temps de l'amplitude de la résultante des ondes. Découvert par Thomas Young en 1801, le phénomène des interférences lumineuses a été expliqué par Fresnel en 1821. Il se produit lorsque deux rayons lumineux issus d'une même source mais ayant suivi des chemins différents se superposent. Il se traduit par une alternance de franges lumineuses et obscures, observables sur un écran, dont l'écartement est proportionnel à la longueur d'onde de la lumière. Le phénomène des interférences ne concerne pas que la lumière, mais s'applique à toutes les ondes. L'astronomie optique et la radioastronomie en tirent parti pour accroître le pouvoir de résolution des instruments d'observation. Document 2 : Interférences constructives et destructives Vidéo d’une maquette très simpliste : www.youtube.com/watch?v=3e1e57cMg-4&feature=player_embedded Document 3 : Expérience de Young Le médecin et physicien anglais Thomas Young (1733 – 1829) s’intéressa particulièrement au problème de la nature de la lumière dont il disait qu’il pouvait nous aider à comprendre la nature de nos sensations et la constitution de l’univers en général. En 1803, après avoir observé des franges dans l’ombre du bord d’une carte à jouer éclairée par le soleil, il propose une expérience qui montra de façon convaincante la nature ondulatoire de la lumière et donc la pertinence des idées du physicien et astronome néerlandais Christian Huygens (1629 – 1695). En faisant passer un faisceau lumineux à travers deux fentes taillées dans un cache placé à proximité d’un écran, il observe sur cet écran une succession de raies sombres et brillantes ; cela est le signal d’interférence de deux ondes dont les intensités se retranchent ou s’ajoutent selon la valeur de la différence de marche. En analogie avec les phénomènes sonores, il conclut alors de ses mesures que « la largeur des ondulations qui constitue la lumière rouge doit être dans l’air de l’ordre d’un trente-six millième de pouce ». Document 4 : Matériel à disposition un laser de longueur d’onde fixe λ, une diapositive comportant une série de 3 fentes d’Young distance chacune de « b » connue, un banc optique gradué en cm, un ordinateur avec le logiciel Régressi ® qui permet de tracer des graphes et son guide, un support écran et écran en papier millimétré. Interférence constructive Interférence destructive si les minima (creux) et les maxima (crêtes) coïncident, les ondes se renforcent : elles sont en phase et on parle d’interférences constructives. Si le maximum de l’une coïncide avec le minimum de l’autre, les ondes s’annulent : elles sont en opposition de phase et on parle d’interférences destructives.
5
Embed
LASER, Lumière et Interférences - Enseignement des ...sciences-physiques-vesinet.e-monsite.com/medias/files/tp-7... · Terminale S TP 7_Le phénomène d’interférences M.Meyniel
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Terminale S TP 7_Le phénomène d’interférences
M.Meyniel 1/2
I
LASER, Lumière et Interférences
Objectifs : - Trouver la formule donnant l’expression de l’interfrange i de la figure d’interférences en fonction
des paramètres du dispositif utilisé. - Retrouver la longueur d’onde λ d’une diode laser. - Compétences mises en œuvre : utiliser un laser en respectant les consignes de sécurité ; proposer un
protocole expérimental permettant de vérifier l’influence de différents paramètres ; utiliser un tableur-grapheur pour éprouver une hypothèse ; estimer la précision d’une mesure.
Phénomène qui résulte de la superposition d'ondes de même nature et de fréquences égales (ou voisines), et qui se manifeste par une variation dans l'espace ou dans le temps de l'amplitude de la résultante des ondes. Découvert par Thomas Young en 1801, le phénomène des interférences lumineuses a été expliqué par Fresnel en 1821. Il se produit lorsque deux rayons lumineux issus d'une même source mais ayant suivi des chemins différents se superposent. Il se traduit par une alternance de franges lumineuses et obscures, observables sur un écran, dont l'écartement est proportionnel à la longueur d'onde de la lumière. Le phénomène des interférences ne concerne pas que la lumière, mais s'applique à toutes les ondes. L'astronomie optique et la radioastronomie en tirent parti pour accroître le pouvoir de résolution des instruments d'observation.
Document 2 : Interférences constructives et destructives
Vidéo d’une maquette très simpliste : www.youtube.com/watch?v=3e1e57cMg-4&feature=player_embedded
Document 3 : Expérience de Young
Le médecin et physicien anglais Thomas Young (1733 – 1829) s’intéressa particulièrement au problème de la nature de la lumière dont il disait qu’il pouvait nous aider à comprendre la nature de nos sensations et la constitution de l’univers en général. En 1803, après avoir observé des franges dans l’ombre du bord d’une carte à jouer éclairée par le soleil, il propose une expérience qui montra de façon convaincante la nature ondulatoire de la lumière et donc la pertinence des idées du physicien et astronome néerlandais Christian Huygens (1629 – 1695). En faisant passer un faisceau lumineux à travers deux fentes taillées dans un cache placé à proximité d’un écran, il observe sur cet écran une succession de raies sombres et brillantes ; cela est le signal d’interférence de deux ondes dont les intensités se retranchent ou s’ajoutent selon la valeur de la différence de marche. En analogie avec les phénomènes sonores, il conclut alors de ses mesures que « la largeur des ondulations qui constitue la lumière rouge doit être dans l’air de l’ordre d’un trente-six millième de pouce ».
Document 4 : Matériel à disposition
un laser de longueur d’onde fixe λ,
une diapositive comportant une série de 3 fentes d’Young distance chacune de « b » connue,
un banc optique gradué en cm,
un ordinateur avec le logiciel Régressi® qui permet de tracer des graphes et son guide,
Le LASER émet de la lumière de longueur d’onde λ qui éclaire le dispositif appelé fentes d’Young constitué de deux fentes très fines, parallèles et distantes d’une distance « b ». On observe sur un écran placé à une distance D (> 1,50 m pour obtenir des résultats exploitables) des fentes de Young, une figure horizontale constituée de taches lumineuses (document 5).
Document 6 : L’interfrange
La distance entre deux franges consécutives brillantes est appelée interfrange noté « i ».
13.i
Document 7 : Quelques formules…
Voici, ci-dessous, plusieurs expressions de l’interfrange « i » :
TRAVAIL A EFFECTUER :
Réaliser des expériences quantitatives pour choisir la bonne expression parmi celles proposées.
Expliquer la démarche et les expériences réalisées. On réfléchira aux grandeurs à faire varier, celle à
mesurer, aux graphiques éventuels à tracer…
Appelez le professeur pour vérification ou en cas de difficulté.
NB : Vous présenterez vos résultats expérimentaux sous forme de tableau. Vous donnerez l’allure des
graphes obtenus et vous indiquerez les résultats de la modélisation (situé à gauche dans la fenêtre graphe de
Regressi) ainsi que vos conclusions. Une justification claire est également attendue !
CONCLUSION :
a. Parmi les différentes formules proposées, laquelle est donc correcte ?
b. Vérifier la « bonne » formule à l’aide de l’une des animations ci-dessous :