Travail pratique de terminale sur la diffraction

Omniprésente, la lumière est essentielle à notre développement et à notre planète. La compréhension par les scientifiques de sa nature tantôt ondulatoire, tantôt corpusculaire nous a permis de l’utiliser à notre avantage pour nous soigner, diagnostiquer, mesurer, transmettre des informations…

Dans ce TP, nous allons nous concentrer sur la diffraction, qui est un phénomène propre aux ondes, ainsi que sur les interférences qui nous apprennent des choses incroyables comme : 

Lumière + Lumière = Lumière (logique)

MAIS

Lumière + Lumière = Obscurité (bien moins évident)

Figue d'interférence suite au passage d'un laser rouge à travers des fentes d'Young.

Vague + Vague = Plus grosse vague (logique)

MAIS

Vague + Vague = Eau plate (bien moins évident)

Figue d'interférence de vagues sur un plan d'eau

A l’aide des simulations d’expérience ci-dessous, réalisez le travail demandé.

Interférence et diffraction d'ondes

Cette animation vous permettra de simuler différentes expériences avec des ondes sonores, lumineuses ou mécaniques et de les faire interagir entre elles.

Les interférences

  • Double-cliquer sur Interférence
  • Sélectionner le type d’onde : mécanique, sonore ou lumineuse.
  • Appuyer sur le bouton vert pour allumer les émetteurs.

Travail :

  1. Que constatez-vous lorsque les ondes se croisent ? Développer.

La diffraction

  • Double-cliquer sur Diffraction
  • Sélectionner une ouverture « Carré » puis changer ses paramètres pour obtenir une fente rectangulaire de 0,40 mm de largeur et 0,10 mm de hauteur.
  • Appuyer sur le bouton rouge pour allumer le laser.

Vous observez une figure de diffraction.

  • Ci-dessous se trouve les grandeurs D et L à mesurer pour exploiter cette expérience.

Schéma d'une figure de diffraction et laisse en évidence des grandeurs à mesurer

Travail :

  1. En utilisant vos connaissances de trigonométrie, exprimer l’angle θ en fonction de D (=distance fente – écran) et L (largeur de la tache centrale), sachant que pour les petits angles : tan θ ≈ θ.
  2. On vous donne la relation suivante : θ = λ/a ; (a = hauteur de la fente). A l’aide de la relation trouvée précédemment et celle donnée, exprimer la distance D en fonction de λ, a et L.
  3. Calculer la distance D et comparer ce calcul expérimental avec la valeur théorique qui est Dthéorique = 1,0 m.

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