T STL
Spécialité SPCL TP N° 15 :
Diffraction
Objectif : - Utiliser un capteur d'intensité lumineuse pour visualiser une figure de diffraction d'une fente rectangulaire, d'un fil.
- Citer et utiliser l'expression de l'angle d'ouverture d'un faisceau monochromatique diffracté par une fente.
- Réaliser une mesure dimensionnelle en utilisant le phénomène de diffraction.
1. Diffraction de la lumière :
1.1. Diffraction à distance finie : « diffraction de Fresnel ».
Lorsque la distance entre la pupille de diffraction et l’écran d’observation est finie, on parle de diffraction à distance finie ou Diffraction de Fresnel
1. Observer les différentes figures de diffraction obtenues selon la forme de l’objet diffractant : fil fente, rectangle trou circulaire.
2. De quels paramètres dépend la taille de la tâche de diffraction ?
2.1. Ecart angulaire , du faisceau diffracté
Soit (en radian) l’angle entre la direction de propagation du faisceau laser en l’absence de diffraction et la droite passant par le centre de la fente et le bord de la tache centrale. Soit D la distance entre la diapositive et l’écran, soit la longueur d’onde de la lumière, soit d la largeur de la tache centrale.
A l’aide du schéma situé au bas de la page, montrer que = d / 2D ( petit donc tan avec en radian)
-Effectuer des mesures (précises) afin de compléter le tableau :
(nm) D (m) a (mm) d (mm) (rad) /a
650 1,90 0,16
650 1,90 0,12
650 1,50 0,12
-Les mesures effectuées sont elles en accord avec la relation : = /a ? En déduire une relation entre d, D, a, .
Il est interdit de regarder dans l’axe du faisceau ! Le faisceau sera toujours dirigé vers le mur !
Laser Porte objet avec Barette CCD
Un objet diffractant
0
D = ………
On dispose de différentes mires imprimées sur transparents
Réaliser l’expérience. Relier la barette à sysam (sortie filtrée sur EA0)
Lancer latispro.
Ouvrir le fichier ccd.
Effectuer les mesures à l’aide du curseur.
a
L 2 D
en déduire a
2. diffraction à l’infini ou encore « diffraction de Fraunhofer ».
2.2. Diffraction par un trou : figure d’Airy
Laser Lentille + 3δ
Objet diffractant accolé
0
D = 33 cm On dispose de différentes mires imprimées sur transparents
Placer un morceau de voilage (tissu très fin) 1. Dessiner la figure de diffraction obtenue.
Faites un trou d’épingle dans du papier aluminium,
placer le sténopé accolé à la lentille 2. Dessiner la figure de diffraction obtenue.
3.
Sachant que le diamètre de la tâche d’Airy (noté ) : en déduire la taille a du sténopé
2.1. Objets complémentaires :
Comparer la tâche de diffraction obtenue avec un trait et une fente de même largeur
Deux objets de forme complémentaire produisent des figures de diffraction ………..
Ceci s’explique par le fait que le phénomène de diffraction est produit par les bords d’un objet. Comme le montre la figure, deux objets complémentaires possèdent les mêmes bords et produiront par conséquent la même figure de diffraction.
2.2. Plaque de verre et petits grains :
Visser un objectif de microscope (élargisseur) sur le laser.
Placer la lentille de façon a obtenir la tâche la plus petite possible sur l’écran.
Ajouter ensuite l’objet diffractant : Une plaque de verre et l’objet diffractant est composé d’un nombre important de petits grains identiques, opaques, assimilés à de petits disques de rayon R et répartis aléatoirement sur la plaque.
1. Décrire la figure de diffraction
2. Le premier anneau noir a pour rayon r = …….. cm . 3. En déduire le diamètre d des grains.
Objets de forme complémentaire
