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Lentille
convergente.
On dispose d'un banc d'optique de longueur L = 2,0 m, d'un jeu de
lentilles convergentes de vergence +2 d, +1 d et + 8 d. L'objet AB éclairé est une
lettre p. L'élève ne déplace que la lentille et l'écran sur le banc. Il
réalise l'image A1B1 de l'objet AB situé à 50 cm
devant la lentille.
A) Quand c'est possible l'élève observe la lettre "d" sur l'écran. Vrai.
L'image réelle et l'objet
réel sont de sens contraire.
B) Si la
position de l'objet est telle que  alors
l'image est réelle et droite. Vrai.
La distance
algébrique OA est négative ; signifie que l'objet
se trouve entre le centre optique O et le foyer objet de la lentille :
la lentille convergente fonctionne en loupe.
C)
L'objet est placé 25 cm devant la lentille. Pour avoir un grandissement
latéral g = -1, l'élève doit
utiliser la lentille de vergence 2 dioptries. Faux.
D) Si on fixe la position de l'objet par rapport à la lentille et si on
augmente la vergence de la lentille, il faudra reculer l'écran pour
observer une image réelle. Faux.
E) Avec la lentille de 3 dioptries, si l'objet
est placé dans le plan
focal objet de la lentille, l'oeil pourra observer l'image sans se
fatiguer. Vrai.
L'image
d'un objet situé dans le plan focal objet est rejetée à l'infini.
L'oeil observe sans fatigue, sans accommoder, une image située à
l'infini.
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Miroir
plan.
Une personne est à un mètre d'un miroir plan. Son image est :
A) dans le plan du miroir. Faux.
L'image A'B' de AB donnée par
le miroir plan, est symétrique de AB par rapport au plan du miroir.
Cette image est virtuelle. Le grandissement est égal à 1.
B) à deux mètres d'elle. Vrai.
C) elle est renversée. Faux.
D) à un mètre du miroir. Vrai.
E) si la personne recule la taille de son image diminue. Faux.
Réfraction.
A) La réfraction est le phénomène qui affecte la propagation de la
lumière à l'extrémité d'un milieu de propagation fini. Vrai.
B) La loi de Decartes pour ce phénomène s'écrit n1 cos i = n2
cos i'. Faux.
n1
sin i = n2 sin i'.
C) La reflexion totale peut se produire lors de la traversée d'un
dioptre séparant un milieu 1 de propagation d'indice de réfraction n1
> n2, indice de réfraction d'un milieu de propagation 2. Vrai.
D) Il y a réflexion totale si l'angle d'incidence i est supérieur
à un angle limite ilim = 1 / n avec n = nair / nverre.
Faux.
sin i2
= n1 /n2 sin i1
; sin 90 = n1 /n2 sin i1 lim ; 1 = n1
/n2 sin i1 lim ; sin i1
lim = n2 /n1.
E) Si le faisceau d'un laser arrive sur la surface de séparation plane
plexiglas /air sous une incidence de 60°, l'angle de réfraction est i'
= 80 °. Faux.
nair= 1,0 ; nverre = 1,5 ; neau = 1,33
; sin 60 = 0,87.
nverre sin i1
=
nair sin i2
; sin i2 = nverre sin i1
/
nair =1,5 sin 60 / 1 = 1,3 ; impossible
: le réyon réfracté n'existe pas, il y a réflexion totale.
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Laser.
A) L'acronyme laser signifie " amplification de lumière par excitation
simulée de rayonnement". Faux.
amplification
de la lumière par émission stimulée de rayonnement.
B) Le rayon de la tache lumineuse, observée sur un écran augmente si on
éloigne le laser de celui-ci. Vrai.
Le faisceau laser est très directif : le diamètre du faisceau est de l'ordre du mm à la sortie du laser et du cm 10
mètres plus loin.
C) La lumière laser ne se propage pas dans les fibres optiques. Faux.
D) Les lasers sont toujours des sources lumineuses de faible densité
d'énergie. Faux.
La puissance du faisceau laser par unité de surface est très grande.
E) Une mammographie par laser est sans douleur et moins dangereuse qu'avec les
rayons X. Vrai.
Les rayons X sont beaucoup plus énergétiques, donc plus dangereux, que la lumière laser.
Un laser émet une lumière de longueur d'onde l
= 632 nm. Ce faisceau éclaire une fente vertiale de largeur a. Sur un
écran situé à la distance D = 4,0 m de la fente, on observe un
phénomène. L'écran est perpendiculaire à la direction de propagation du
faisceau.
A) La couleur du faisceau laser est verte. Faux.
Rouge.
B) Les lasers utilisés dans les lycées ont des puissances de l'ordre du
watt. Faux.
2 à 10 mW.
C) Sur l'écran on observe un phénomène d'interférences avec des franges
horizontales. Faux.
On
parle plutôt de diffraction ; dans la tache centrale on peut distinguer
des franges d'interférences. La fente étant verticale, les franges
seront horizontales.
D) Avec un laser émettant une lumière de longueur d'onde 0,193 µm le
phénomène observé sera plus étalé. Faux.
tan q = ½L/D voisin de
q radian pour les angles
petits.
d'autre part q
= l/a.
avec : l longueur d'onde (m)
et a : diamètre du fil (m)
en tenant compte des deux relations ci-dessus :
½L/D=l/a soit
a=2lD/L
ou L = 2l
D/a.
Si la largeur de la fente "a" diminue, l et D étant constants, la largeur de la tache centrale augmente.
E) La fréquence de la lumière laser est de l'ordre de 4,7 1014
Hz. Vrai.
fréquence = c / l = 3,0 108 / (632 10-9) =4,7 1014
Hz.
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