TP : Comment déterminer la longueur d’onde d’un laser avec un maximum de précision
Objectifs :Pratiquer une démarche expérimentale le cas des ondes lumineuses.
CONTEXTE DU SUJET
L’entreprise SCANX développe un nouveau modèle de scanner 3D destiné à être relié directement à une imprimante 3D, capable de dupliquer la forme de n’importe quel objet.
Pour mettre au point le scanner les ingénieurs ont besoins de connaître avec préci qui sera utilisé.
Votre responsable vous a fournis la semaine dernière une expérimentale, basée sur le principe de diffraction,
permettre de retrouver la longueur d’onde du laser avec suffisamment de précision. Après avoir mis en œuvre cette démarche vous lui signalez qu’elle manque de précision. Il vous fournit alors quelques documents et
demande de proposer une autre démarche basée cette fois sur le phénomène d’interférence. Il vous précise que cette
l’analyse d’une courbe de tendance pour retrouve la longueur d’onde de manière précise.
Le but du TP est de proposer et de mettre en œuvre la démarche d’avoir une précision optimale,puis de conclure sur la pertinence de longueur d’onde du laser.
DOCUMENTS :
Document 1 :Résumé du cours de terminale S sur le phénomène d’interférence.
Lorsque deux sources de lumière monochromatiques
phase), émettent des faisceaux lumineux qui se superposent, on observe une alternance de franges brillantes et sombres appelées franges d’interférences.
Avec des fentes de Young éclairées en lumière monochromatique, l’interfrange s’exprime par :
Avec :
λ longueur d’onde de la source en m D distance fente/écran en m b distance séparant les deux fentes
Document 2 : Sécurité.
ATTENTION : Le faisceau laser est très intense. S’il pénètre dans l’œil, il peut endommager la rétine Le faisceau laser est très intense. S’il pénètre dans l’œil, il peut endommager la rétine
et conduire à la cécité.
Comment déterminer la longueur d’onde d’un laser avec un maximum de précision (le retour)?
Pratiquer une démarche expérimentale visant à étudier le phénomène d’interférence le cas des ondes lumineuses.
développe un nouveau modèle de scanner 3D destiné à être relié directement à une imprimante 3D, capable de dupliquer la forme de n’importe quel objet.
nt le scanner les ingénieurs ont besoins de connaître avec précision la longueur d’onde du laser la semaine dernière une démarche
, basée sur le principe de diffraction, qui selon lui devrait vous permettre de retrouver la longueur d’onde du laser avec suffisamment de
Après avoir mis en œuvre cette démarche vous lui signalez qu’elle manque de précision. Il vous fournit alors quelques documents et il vous
une autre démarche basée cette fois sur le phénomène que cette démarche doit être basée sur
l’analyse d’une courbe de tendance pour retrouve la longueur d’onde de
mettre en œuvre la démarche demandée, dans les conditions permettant de conclure sur la pertinence de cette nouvelle méthode pour déterminer la
.
de terminale S sur le phénomène d’interférence.
deux sources de lumière monochromatiques identiques (même amplitude, même fréquence ), émettent des faisceaux lumineux qui se superposent, on observe une alternance de franges brillantes t sombres appelées franges d’interférences.
Avec des fentes de Young éclairées en lumière monochromatique,
On peut obtenir le même résultat,
lumineuse diffractée par deux fentes fines cotes à cotes appelées fentes de Young.
La distance séparant deux franges brillantes ou sombres est l’
Le faisceau laser est très intense. S’il pénètre dans l’œil, il peut endommager la rétine Le faisceau laser est très intense. S’il pénètre dans l’œil, il peut endommager la rétine
Comment déterminer la longueur d’onde d’un laser avec un
’interférence dans
développe un nouveau modèle de scanner 3D destiné à être relié directement à une
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dans les conditions permettant méthode pour déterminer la
même amplitude, même fréquence et en ), émettent des faisceaux lumineux qui se superposent, on observe une alternance de franges brillantes
même résultat, avec une source deux fentes fines cotes à cotes appelées fentes de Young.
La distance séparant deux franges brillantes ou est l’interfrange i.
MATERIEL MIS A DISPOSITION :
□ Post IT □ Laser. □ Ecran pour banc op,que.
□ Banc optique □ Jeu de fentes de Young (b=0,20mm ; 0,30mm, 0,50mm) avec une précision de ±10%
TRAVAIL A EFFECTUER :
1. Analyse du problème et formulation d’un protocole expérimental.
1.1. Analyse du problème.
a- A partir des documents retrouvez, la relation entre i, b, D et λ qui a été malencontreusement, recouverte par des taches d’encre, en effectuant l’analyse dimensionnelle, comme l’indique votre responsable.
b- Dans le cas d’un laser de longueur d’onde λ fixe et de fentes de Young espacées d’une largeur b fixe, dans quelle condition l’interfrange sera la plus grande possible.
c- Votre responsable vous donne comme consigne de baser votre démarche sur l’analyse d’une courbe.
Pourquoi d’après vous il ne vous a pas demandé de retrouver la valeur de λ en appliquant la relation précédente pour une seule mesure. (Justifier la réponse).
d- Quelle est la courbe qu’il vous demande de tracer et comment allez-vous faire pour retrouver la valeur de λ sur cette courbe.
1.2. Formulation d’un protocole expérimentale.
Proposer un protocole expérimental détaillé permettant de déterminer la longueur d’onde λ du laser. Indiquer les conditions expérimentales et la méthode de mesure qui permet d’avoir le maximum de précision.
Indiquer les calculs à réaliser, les courbes à tracer et l’exploitation qu’il faudra en faire.
Appel 1 : Appeler le professeur pour lui présenter l’analyse du problème et le protocole expérimental ou en cas de difficultés.
2. Réalisation du protocole expérimental proposé.
Mettre en œuvre le protocole expérimental dans les conditions permettant d’avoir le minimum d’incertitude, tracer la droite demandée, donner son équation.
En déduire si le modèle mathématique est satisfaisant et la valeur de la longueur d’onde λ du laser.
Une fiche méthode expliquant comment utiliser logiciel Atelier Scientifique pour faire des calculs, tracer une courbe, et obtenir son équation est disponible sur votre paillasse.
Appel 2 : Appeler le professeur pour réaliser une mesure en direct ou en cas de difficultés.
Appel 3 : Appeler le professeur pour lui présenter les résultats ou en cas de difficultés.
3. Valider les résultats.
a. Le fabriquant du laser indique sur la notice que la longueur d’onde du laser rouge est 650nm.
Calculer l’erreur relative εr entre la valeur que vous avez obtenue expérimentalement et celle fournie par le fabriquant.
b. Déterminer au moins deux causes d’incertitudes expérimentales.
c. Rédiger une réponse argumentée au problème soulevé dans la partie « CONTEXTE DU SUJET ».
Appel 4 : Appeler le professeur pour lui présenter les résultats et les conclusions ou en cas de difficultés.
4. Communication sur le travail réalisé. (Travail à terminer à la maison)
En utilisant le cahier de textes sur l’ENT (remise en ligne avec enregistrement audio), enregistrer un fichier audio d'une durée n'excédant pas 1 minute 30 secondes dans lequel vous devrez :
• Indiquer votre nom et prénom et rappeler la problématique.
• Faire un résumé concis précisant la technique utilisée pour la réalisation de l'expérience et les mesures réalisées.
• Formuler une conclusion cohérente avec le problème, utilisant un vocabulaire scientifique adapté à propos du travail que vous avez réalisé.
Le fichier audio devra être enregistré en lui donnant comme nom de fichier votre nom.
Appel 5 : Appeler le professeur pour lui présenter le fichier réalisé ou en cas de difficultés.
GRILLE D’AUTOÉVALUATION INDIVIDUELLE (A rendre avec le compte rendu de TP)
TITRE
TP : Comment déterminer la longueur d’onde
d’un laser par interférences ? COMPETENCES Niveau validé
A B C D S'approprier
Analyser
Réaliser
Valider
Communiquer
Autonomie initiative
Analyser Réaliser Valider
Niveau A : j’y suis parvenu(e) seul(e), sans aucune aide Niveau B : j’y suis parvenu(e) après avoir obtenu une aide importante ou deux aides mineures (d’un autre membre du groupe ou de mon professeur)
Niveau C : j’y suis parvenu(e) après plusieurs aides importante ou 3 aides mineures.
Niveau D : je n’y suis pas parvenu(e) malgré les différents
« coups de pouce ».
Communication
Niveau A : j’ai réalisé une communication cohérente complète avec un vocabulaire scientifique adapté.
Niveau B : j’ai réalisé une communication cohérente, incomplète mais il l’a exprimée pour l’essentiel avec un vocabulaire scientifique adapté.
Niveau C : j’ai réalisé une communication manquant de cohérence, incomplète ou avec un vocabulaire scientifique mal adapté.
Niveau D : j’ai réalisé une communication incohérente ou absente.
Nom : ………
COMPETENCES EXEMPLES DE CAPACITES ET D’ATTITUDES (NON EXHAUSTIFS)
A B C D
S’APPROPRIER - Définir des objectifs
- Adopter une attitude critique vis-à-vis des informations.
ANALYSER
- Identifier des paramètres, choisir des grandeurs à mesurer.
j’ai trouvé qu’il fallait mesurer i en prenant 10 interfranges J’ai trouvé qu’il fallait faire varier D ou b
- Proposer une modélisation ou choisir un modèle.
j’ai trouvé qu’il fallait tracer la courbe i=f(D/b) et que λen était la pente.
- Choisir, concevoir ou justifier un protocole / dispositif expérimental mon Protocol à été validé par le professeur
REALISER
- Suivre un protocole
- Respecter les règles de sécurité, manipuler avec soin.
- Utiliser le matériel (dont l’outil informatique) de manière adaptée - Réaliser un dispositif expérimental
- Effectuer des mesures avec précision
- Reporter un point sur une courbe ou dans un tableau - Effectuer un calcul avec ou sans calculette
- Exploiter une expression littérale-
VALIDER
- Estimer une incertitude de mesure, faire un traitement statistique - j’ai réussi à calculer l’erreur relative
- Analyser des résultats de façon critique
- j’ai fait une conclusion sur la validité et la précision de la démarche - Proposer des améliorations de la démarche ou du modèle - j’ai trouvé au moins deux sources d’erreurs
COMMUNIQUER
- Utiliser les notions et le vocabulaire scientifique adaptés - Utiliser les symboles et unités adéquats
- Exprimer un résultat (symbole de la grandeur, unité, chiffres significatifs) - Présenter des résultats avec l’outil informatique.
- Présenter, formuler une proposition, une argumentation, une synthèse ou une conclusion de manière cohérente complète et compréhensible
- Réaliser un document écrit propre complet et compréhensible par tous.
ETRE AUTONOME FAIRE PREUVE
D’INITIATIVE
- Travailler en autonomie - Prendre des initiatives
- Demander une aide pertinente - Mobiliser sa créativité, sa curiosité
- S’impliquer dans un projet individuel ou collectif, travailler en équipe - Avoir son matériel, soigner la présentation
