Fénelon Ste Marie – La Plaine Monceau 1/5 PC-PC*
Physique
TRAVAUX PRATIQUES
Thème : Goniométrie à prisme Gr. Gonia : angle, et metron : mesure
Introduction : La spectrométrie est une méthode d’analyse importante en physique par les divers dispositifs qui la mettent en œuvre (dispersifs, interférentiels) et par ses nombreux domaines d’application.
Nous mettrons en œuvre cette année deux éléments dispersifs (le prisme, le réseau par transmission). La mesure sur le spectre lumineux se fera à l’aide d’un goniomètre.
La présente séance se concentre sur le goniométrie à prisme.
A aucun moment on ne touchera le prisme avec les doigts !
Quelques résultats sur le prisme
La déviation des rayons lumineux par un prisme suit les lois de la réfraction.
Cette déviation se fait toujours vers la base du prisme opposée à l’arête qui joint les faces traversées par le faisceau.
La déviation varie en sens inverse de la longueur d’onde de la lumière.
Pour une longueur d’onde fixée, la déviation du faisceau dispersé présente un minimum.
Déviation du faisceau par un prisme en fonction de l’angle d’incidence.
Goniomètre et ses accessoires vus de dessus
Déviation D
Spectroscope (non présent ici)
collimateur lunette de visée
Platine graduée
Emplacement prisme i
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1 – Réglages préliminaires du goniomètre
Placer devant la fente d’entrée du collimateur la lampe à vapeur de mercure.L’allumer et en attendant son chauffage, procéder au réglage de la lunette.
La rotation manuelle de la lunette sera effectuée par son support (cf vue de profil) et non par son extrémité.
1.1 – Réglage de la lunette
Allumer la lampe auxiliaire de la lunette de visée (6V) et placer la lame semi-réfléchissante de sorte qu’elle éclaire le réticule interne (taquet à gauche). Régler l’oculaire à votre vue afin de voir net ce réticule.Bague de tirage Taquet lame semi réfléchissante Oculaire Réticule :
Réglage d’horizontalité Rotation fine une fois la lunette bloquée Blocage de la lunette pour rotation fine
Lunette de visée(vue de dessus)
Lunette de visée(vue de profil)
A l’aide d’un miroir plan plaqué à l’entrée de la lunette, régler la visée à l’infini par auto-collimation en rendant nets le réticule vertical et son image (en agissant sur la bague de tirage) par réflexion sur le miroir.
1.2 – Réglage du collimateur
Aligner la lunette de visée et le collimateur.En agissant sur la grosse vis de tirage du collimateur , obtenir une image nette de la fente d’entrée du collimateur dans le plan du réticule de la lunette. Pour ne pas être ébloui et pour effectuer des mesures ultérieures précises, réduire éventuellement la largeur de la fente d’entrée à l’aide de la vis placée à l’entrée du collimateur. S’assurer que la fente est verticale et parallèle au réticule.
Eventuellement régler l’horizontalité de la lunette de visée à l’aide de la grosse vis d’axe horizontal situé juste au-dessous du tube de la lunette.
Collimateur
Placer le support portant le prisme et son capot au centre de la platine en l’enfonçant bien sur son axe.lampe auxiliaire
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2 - Etalonnage du prisme
La mesure d’un angle nécessite la lecture de deux positions occupées successivement par le même accessoire.
La source de lumière utilisée est une lampe à vapeur de mercure dont le spectre est composé de plusieurs raies de longueurs d’ondes fournies ci-dessous.
raie n° intensité
Positions angulaires Déviation
minimale Indice face 1 face 2 Dm = | n
nm ° ' ° ' rad
1 :
violette forte 404.7 179 11 317 44 1.2091 1.807 2 : bleue forte 435.8 181 9 315 46 1.1748 1.792 3 : cyan faible 491.6 183 21 313 31 1.1359 1.775 4 : verte forte 546.1 184 50 312 6 1.1106 1.763 5 : jaune forte 577 185 24 311 30 1.1004 1.758 6 : jaune forte 579.1 185 28 311 26 1.0993 1.757 7 : rouge faible 623.4 186 8 310 48 1.0879 1.752 8 : rouge faible 690.7 186 75 310 1 1.0713 1.744 Ne sont ici mentionnées que les longueurs d’ondes des raies les plus intenses.
Eclairer la face (1) du prismeObserver à l’œil nu le faisceau dispersé émergeant de la face (2)
En tournant le support du prisme dans un sens, regarder le spectre de raies se déplacer jusqu’à les voir rebrousser chemin (pas toutes en même temps d’ailleurs !). Elles se trouvent alors à peu près au minimum de leur déviation.
Pour chaque raie de la liste ci-dessus, placer la lunette dans cette direction. Affiner le réglage du minimum de déviation en tournant légèrement le prisme.
Mesurer la position du minimum de déviation pour la raie choisie en lui superposant le réticule vertical de la lunette. On déplacera la lunette à la main, puis pour affiner la visée, on la bloque à la platine (vis du dessous) et on utilise la vis de déplacement fin.Après avoir effectué ces mesures pour toutes les raies tabulées, recommencer les opérations précédentes après avoir tourné le prisme (le collimateur restant fixe) pour éclairer la face (2) du prisme et observer le faisceau émergeant de la face (1). La deuxième position ainsi mesurée est symétrique de la première par rapport à la direction du faisceau incident.
Remplir le tableau du fichier EXCEL, TP-Prisme fourni :
bureau > DOCS-PEDAGO > Docs-élèves > Prépas > TP-Physique-PC
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fourni (les calculs de Dm et n sont pré-programmés) selon la formule :
𝑛(𝜆) =
𝑠𝑖𝑛 𝐴 + 𝐷 (𝜆) 2 𝑠𝑖𝑛 𝐴 Où A = 60°00’ est l’angle dièdre de l’arête du prisme. 2
Le verre du prisme vérifie la loi de Cauchy : 𝑛 = 𝐴 + où A et B sont des constantes positives.A l’aide d’EXCEL, tracer 𝑛 = 𝑓
3 – Mesures de longueurs d’ondes par goniométrie
Remplacer la lampe à vapeur de mercure par une lampe à vapeur de sodium (ou une autre selon disponibilité).
Choisir une raie de son spectre et mesurer Dm selon la méthode précédente.
En déduire l’indice n puis à l’aide du graphe en déduire la longueur d’onde de la raie choisie.Comparer sa valeur à sa valeur tabulée.
Annexe 1 : Mesure d’angle au vernier : y = 55184x + 2.9247
R² = 0.9986
3.000 3.050 3.100 3.150 3.200 3.250 3.300
0 0.000001 0.000002 0.000003 0.000004 0.000005 0.000006 0.000007
n²
1𝜆 (𝑛𝑚 )
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Annexe 2 – Mesure de l’angle du prisme
Oter le capot du prisme et tourner son support afin que sa base soit face au collimateur.Allumer la lampe auxiliaire de la lunette de visée et placer la lame semi réfléchissante de façon à éclairer son réticule.
Placer la lunette telle que son axe optique soit normal à une face du prisme. Elle joue le rôle du miroir du 1.1. pour réaliser l’auto-collimation.
Après avoir superposé le réticule vertical et son image, relever la position angulaire de la lunette à la minute près (voir annexe en fin de sujet).Réitérer la mesure sur l’autre face du prisme.
En déduire la valeur de l’angle - A puis A.
A = ………….°………….’.
