Mercredi 21 septembre 2016

Cette semaine, les colles de Physique portent sur le même programme que la semaine précédente (lois de Snell-Descartes, réflexion totale…), auquel on ajoute la formation d’image par un système optique (notion de système optique centré, de stigmatisme rigoureux ou approché, définition des foyers objet et image d’un système optique…).

Conformément au programme, on se limite au miroir plan et aux lentilles minces, et les relations de conjugaison et de grandissement d’une lentille mince dans les conditions de Gauss doivent être fournies dans le sujet (elles ne sont pas à connaître).

QUESTIONS DE COURS DE CETTE SEMAINE

En début de séance, chaque étudiant sera interrogé
sur 1 question parmi celles ci-dessous.

Q1. Rappeler la définition de l’indice optique

    \[n\]

 d’un milieu transparent. Démontrer alors la relation entre la longueur d’onde

    \[\lambda_0\]

dans le vide d’une onde lumineuse, et sa longueur d’onde

    \[\lambda\]

dans un milieu matériel transparent d’indice

    \[n\]

.
Q2. Définir le cadre du modèle de l’optique géométrique. Quel phénomène est à la limite du cadre de ce modèle ?
Q3. Enoncer les lois de Snell-Descartes. On fera un schéma pour expliciter les grandeurs introduites.
Q4. Lorsqu’un rayon lumineux passe d’un milieu moins réfringent à un milieu plus réfringent, le rayon réfracté se rapproche-t-il ou s’éloigne-t-il de la normale au dioptre ? Le démontrer.
Q5. Démontrer la loi de Snell-Decartes pour la réfraction, grâce au modèle ondulatoire de la lumière. On pourra s’aider d’un schéma.
Q6. A quelle(s) condition(s) peut-on observer le phénomène de réflexion totale ? Démontrer l’expression de l’angle d’incidence limite de réflexion totale.
Q7. Qu’est-ce qu’un système optique stigmatique ? Est-ce que cela existe ? Pour les autres systèmes optiques, énoncer les conditions permettant un stigmatisme approché et les relier aux caractéristiques du capteur de lumière.
Q8. Qu’appelle-t-on foyer objet, et foyer image d’un système optique centré ?

Q9. Sur des schémas fournis par l’interrogateur (exemples ci-dessous, mais d’autres peuvent être donnés), tracer la marche d’un rayon quelconque en sortie d’une lentille mince convergente ou divergente.

(NB : Ces schémas ne sont que des exemples de ce qui peut être donné)

 

CONNAISSANCES ET COMPETENCES EVALUABLES DANS LES EXERCICES CETTE SEMAINE

Sources lumineuses. / Modèle de la source ponctuelle monochromatique.
– Caractériser une source lumineuse par son spectre.

Diffraction à l’infini.
– Utiliser la relation  sin θ ≈ λ/d entre l’échelle angulaire du phénomène de diffraction et la taille caractéristique de l’ouverture.

Indice d’un milieu transparent.
– Relier la longueur d’onde dans le vide et la longueur d’onde dans le milieu.
– Relier la longueur d’onde dans le vide et la couleur.
Approximation de l’optique géométrique et notion de rayon lumineux.
– Définir le modèle de l’optique géométrique et indiquer ses limites.
Réflexion – Réfraction. Lois de Descartes.
– Interpréter la loi de la réfraction à l’aide du modèle ondulatoire.
– Établir la condition de réflexion totale.
– Utiliser les lois de Descartes.
Miroir plan.
– Construire l’image d’un objet, identifier sa nature réelle ou virtuelle.
Conditions de Gauss.
– Énoncer les conditions permettant un stigmatisme approché et les relier aux caractéristiques d’un détecteur.
Lentilles minces.
– Connaître les définitions et les propriétés du centre optique, des foyers principaux et secondaires, de la distance focale, de la vergence.
– Construire l’image d’un objet situé à distance finie ou infinie à l’aide de rayons lumineux.
– Exploiter les formules de conjugaison et de grandissement transversal fournies (Descartes, Newton). Choisir de façon pertinente dans un contexte donné la formulation (Descartes ou Newton) la plus adaptée