Nom du candidat : Note :
PT Lycée Benjamin Franklin Préparation TP Concours
TP 4 : Optique géométrique + interférences
Après une estimation de la focale d’une lentille inconnue par des mesures de grandissement, on utilisera celle-ci pour élargir la section d’un faisceau LASER tout en le gardant cylindrique. On observera alors des figures d’interférences au travers de doublets de trous puis fentes d’Young et on estimera les
dimensions caractéristiques de ces éléments diffractants.
Les intervalles d’incertitudes de mesure sont systématiquement exigés.
1. Optique géométrique
1.1.On utilise une source blanche illuminant un masque de la forme d’une lettre (p,q,b ou d).
Cette source restera fixe sur le banc durant tout le TP.
1.1.1.Rappeler la formule de conjugaison d’une lentille mince (origine au centre) et donner une relation simple entre le grandissement linéaire et les positions relatives de l’objet et l’image.
1.1.2.Un écran de papier millimétré permettra de positionner l’image réelle et en mesurer une dimension transversale D’ au millimètre près. On remplira le tableau de mesures avec lA,lA’,lO, les lectures des repères de positions sur le banc et les
dimensions objet (D) et image(D’).
Une seule estimation ∆l de l’incertitude de repérage de la position conjuguée sera effectuée sur le banc par appréciation de netteté à l’oeil.
lA(mm) lA’ (mm) lO (mm) D (mm) D’(mm)
Exprimer littéralement la valeur absolue du grandissement linéaire en fonction de OA’ et f ’ la distance focale de la lentille. Expliquer pourquoi OA’ est a priori différent de lA’-lO. Proposer un tracé sur feuille millimétrée permettant d’évaluer graphiquement f ’.
1.1.3. L’incertitude sur les grandissements étant relativement faible, seule l’incertitude ∆l sur lA’-lO figurera sur le tracé pour les 6 mesures effectuées précédemment. On utilise alors ces segments d’incertitudes pour évaluer l’intervalle [f ’max,f ’min] pour la valeur de la focale. Proposer un intervalle convenable.
2. Figures de diffraction et d’interférences
2.1.On utilise cette fois un LASER (He-Ne rouge ( ) comme source lumineuse.
2.1.1. Rappeler (en les définissant) les propriétés du faisceau lumineux de ce LASER
2.1.2. On visse un objectif de microscope à la sortie du LASER et on place ensuite sur le banc d’optique la lentille étudiée dans la première partie de façon à obtenir un faisceau élargi de section sensiblement constante. Quel type de montage constitue l’association des deux lentilles ? (Justifier avec un tracé de rayons lumineux)
2.2. On interpose un doublet de trous d’Young sur le faisceau. Avait-on intérêt à élargir la section du faisceau pour cette expérience ? (visualiser aussi avec le LASER seul)
G
λ0 =633nm
2.3.On interpose sur le faisceau cylindrique élargi successivement trois
doublets de fentes d’Young. Après avoir justifié que les fentes ont toutes même largeur l, on mesurera des interfranges sur l’écran millimétré placé à 4 distances D différentes de chaque pupille diffractante constituée de deux fentes de largeur l, de hauteur L>>l et séparées de a.
2.3.1.La figure d’interférence a une hauteur limitée par quelle dimension ?
2.3.2.Mesure-t-on précisément D sur le banc ? Quel type de mesure est accessible sans distance de «décalage» sur un banc d’optique ?
2.3.3.Tracer les 3 droites i(lécran-lpupille) et en déduire une estimation des 3 distances a1,a2,a3
séparant les fentes des trois doublets. (incertitude)
2.3.4.Estimer la largeur des fentes l en moyennant les valeurs ∆ obtenues pour la tache principale de diffraction. (incertitude)
lpupille(mm) lécran(mm) i (mm) ∆ (mm) llpupille(mm)pupille(mm) llécran(mm)écran(mm) ii (mm) (mm) ∆ ∆ (mm)(mm)
lpupille(mm) lécran(mm) i (mm) ∆ (mm)
