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TP Physique 3 Diffraction de la lumière TS
Objectifs : - Mettre en évidence le phénomène de diffraction des ondes lumineuses- Déterminer l’épaisseur d’un cheveu
- Vérifier par des mesures la pertinence de la relation
θθθθ = λ / a
-Comme source lumineuse, on utilise un LASER produisant une lumière de longueur d'onde
λ
.S
ECURITE:
Il ne faut jamais regarder directement la sortie d’un LASER :
s’il pénètre dans l’œil, il peut endommager gravement la rétine et conduire à la cécité.
I. Mise en évidence du phénomène
1. Protocole expérimental
Orienter le LASER vers le mur ou la fenêtre en le plaçant à une extrémité de la paillasse ; placer le petit écran millimétré à l’autre extrémité.
Interposer dans le faisceau de lumière et à quelques cm de la source, une fente verticale de largeur a (voir schéma ci-dessous). Observer sur l’écran, placé à la distance D = 1,70 m de la fente, la figure ci-après (à droite), constituée de taches lumineuses.
2. Questions
1.1. Décrire la figure observée sur l’écran (allure et direction par rapport à celle de la fente).
Que devient le faisceau LASER après être passé au travers de la fente ? Quel est le nom du phénomène observé ?
1.2. Citer un cas où vous avez déjà rencontré ce phénomène. Par analogie, quel caractère de la lumière met-on ici en évidence ?
1.3. Que se passe-t-il si la distance D diminue (bouger l’écran uniquement) ? Interpréter.
1.4. Compléter le schéma suivant en y faisant figurer D et
θθθθ
(appelé écart angulaire : écart angulaire entre le centre de la tache centrale et la première extinction). Établir la relation donnantθθθθ
en fonction de L et D valable pour les petits angles.Rappels : Si
θθθθ
est petit, on peut écrire : tanθθθθ
≈θθθθ
(en rad).L
f aisceau laser f ente
tache
central e L
écran
θ
=première ext inct io n
II. Application à la mesure d’un cheveu
1. Protocole expérimental
Conserver D = 1,70 m et mesurer la largeur d des taches centrales avec des fentes de largeurs différentes. Cette tache s’étend au-delà de la seule partie visible à l’œil nu.
Il faut donc mesurer L comme suit :
Reporter vos mesures dans le tableau ci-dessous : (vérifier la taille des fentes sur le dispositif) Largeur a de la fente
(en µm) 400 280 120 100 70 50 40 cheveu
Longueur L de la tache centrale (en mm)
Placer un de vos cheveux verticalement sur un cadre vide à la position exacte de la fente et mesurer la longueur L de la tache centrale de diffraction (le cheveu joue un rôle analogue à celui de la fente).
2.1. Comment évolue L quand a diminue ?
2. Exploitation des mesures avec Regressi
Lancer Regressi puis Fichier > Nouveau > Clavier
Créer les variables expérimentales : entrer chaque symbole en utilisant le mètre comme unité (plus facile pour la suite)
Dans la fenêtre « Grandeurs /Variables », remplir le tableau de données.
Remarque : la puissance de 10 est obtenue en tapant « e » : 400.10-6 s’écrit 400e-6
Faire apparaître la courbe L = f (a) : (cocher zéro inclus pour l’abscisse et l’ordonnée) 2.2. Quelle est l’allure de la courbe ?
Créer la grandeur 1/a (inverse du diamètre du fil) : Type de grandeur : grandeur calculée
Symbole de la grandeur : inva
Unité : m^-1
Expression de la fonction : 1/a
Faire apparaître la courbe L = f (1/a) : (cocher zéro inclus pour l’abscisse et l’ordonnée)
2.3. Quel type de relation existe-t-il entre L et 1/a ? Justifier.
Modéliser la courbe L = f (1/a) par la courbe la plus adaptée.
Relever la valeur de son coefficient directeur donnée en unité S.I. et indiquer cette unité : k = ………
2.4. En déduire l’épaisseur de votre cheveu. Expliquer votre démarche (utiliser le réticule).
Attention aux unités !
Imprimer cette courbe
2.5. On admet que l’écart angulaire est donné par la relation : a
==== λλλλ
θθθθ pour θθθθ petit (en rad) Démontrer la relation
a L = 2⋅λ⋅D
et en déduire ainsi la valeur de la longueur d’onde λ de la radiation émise par le LASER. Comparer à la valeur marquée sur le boîtier du LASER.
L
