Vendredi 20/12/2024 – La Physique en PCSI

Pour cette dernière colle de 2024, les étudiants pourront être interrogés sur l’électronique ou/et sur l’optique.

En électronique : A.L.I. idéal et en régime linéaire (régime saturé hors programme en 1re année).
En optique : cadre de l’approximation de l’optique géométrique, notion de rayon lumineux, lois de Snell-Descartes, réflexion totale. Les systèmes optiques ainsi que les notions d’objet et d’image ne sont pas encore au programme de colles.

Questions de cours
Compétences exigibles en exercices

L’interrogateur fournit :
• La fonction de transfert d’un passe-bas du 1^er ordre :
$\underline{H}=\frac{1}{1+j\frac{\omega}{\omega_c}}$
• La fonction de transfert d’un passe-haut du 1^er ordre :
$\underline{H}=\frac{j\frac{\omega}{\omega_c}}{1+j\frac{\omega}{\omega_c}}$

Indiquer (en le justifiant) quel type de filtre utiliser et dans quelles conditions pour obtenir un filtre :
– dérivateur ;
– intégrateur ;
– moyenneur.

🎅🏻

Donner la schématisation d’un amplificateur linéaire intégré.
Quelles relations peut-on écrire pour un A.L.I. idéal et fonctionnant en régime linéaire ?

☃️

Rappeler la définition de l’indice optique $n$ d’un milieu transparent. Démontrer alors la relation entre la longueur d’onde dans le vide d’une onde lumineuse, et sa longueur d’onde dans un milieu matériel transparent d’indice $n$ .

🎁

Définir le cadre dans lequel le modèle de l’optique géométrique est valable.

🎿

Citer et expliciter les trois « principes » sur lesquels se base l’optique géométrique (c’est-à-dire : trois propriétés des rayons lumineux dans ce cadre théorique).

❄️

Enoncer les lois de Snell-Descartes (sans rien oublier !).
(Les angles ne seront pas obligatoirement orientés.)

🛷

Lorsqu’un rayon lumineux passe d’un milieu moins réfringent à un milieu plus réfringent (ou inversement…), le rayon réfracté se rapproche-t-il ou s’éloigne-t-il de la normale au dioptre ? Le démontrer.

🎄

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.

🎅🏻

Qu’appelle-t-on le cône d’acceptance d’une fibre optique à saut d’indice ?
Déterminer l’expression de l’angle d’acceptance en fonction des indices du cœur et de la gaine.

☃️

Expliquer qualitativement le phénomène de « dispersion intermodale » dans une fibre optique à saut d’indice, c’est-à-dire le phénomène qui limite le débit maximal du transfert d’informations numériques dans la fibre.
L’examinateur peut alors éventuellement ensuite vous demander de calculer le débit maximal d’une fibre optique, en fonction de sa longueur $L$ et des deux indices $n_c$ et $n_g$ du coeur et de la gaine.

CHAPITRE B7 : Filtres actifs en électronique. Modèle de l’ALI idéal en régime linéaire.
– Identifier la présence d’une rétroaction sur la borne inverseuse comme un indice de fonctionnement en régime linéaire.
– Établir la relation entrée-sortie des montages non inverseur, suiveur, inverseur, intégrateur.
– Déterminer les impédances d’entrée de ces montages.

CHAPITRE A1 : Cadre de l’optique géométrique, lois de Snell-Descartes.

Pas d’exercice sur les lentilles minces dans les conditions de Gauss cette semaine pour l’instant.

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.
– Utiliser les lois de Snell-Descartes.
– Etablir la condition de réflexion totale.

La fibre optique à saut d’indice.
– Établir les expressions du cône d’acceptance et de la dispersion intermodale d’une fibre à saut d’indice.