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Programme de colle 5

PC-PC* 2018/2019 - Programmes de colle de physique –

 

Colle 5 – lundi 15 au vendredi 19 octobre 2018

 

Optique physique :

 

Chapitre 4 : interféromètre de Michelson : pour les sources polychromatiques ( doublet du sodium, raie carrée), le (premier) brouillage sera interprété par Δp = ±1/2.

 

Chapitre 5 : interférences à N ondes : il s’agit essentiellement de savoir redémontrer et utiliser l’équation fondamentale du réseau donnant la position des maximas principaux par transmission.

 

Chapitre 6 : onde transmise par un objet diffractant plan : seule la mire sinusoïdale doit pouvoir être traitée en autonomie ; les autres cas doivent être très guidés.

Le montage 4f doit également être connu.

Ce cours, difficile, ne sera traité que lundi, mais est au programme du DS de samedi ; ne donner que des questions de cours.

 

Programme officiel :

 

Dans le bloc 4, l’étude de l’interféromètre de Michelson en lame d’air permet de confronter théorie et expérience. En revanche, l’étude de l’interféromètre de Michelson en coin d’air est abordée de manière exclusivement expérimentale. Pour la modélisation d’un interféromètre de Michelson on suppose la séparatrice infiniment mince.

 

Notions et contenus

Capacités exigibles

4. Exemple de dispositif interférentiel par division d’amplitude : interféromètre de Michelson

 

a)    Interféromètre de Michelson équivalent à une lame d’air  éclairée par une source spatialement étendue. Localisation (constatée) des franges.  Franges d’égale inclinaison.

 

 

 

 

 

 

b)    Interféromètre de Michelson équivalent à un coin d’air  éclairé par une source spatialement étendue. Localisation (constatée) des franges.  Franges d’égale épaisseur. 

 

Décrire et mettre en œuvre les conditions d’éclairage et d’observation.

Établir et utiliser l’expression de l’ordre d’interférence en fonction de l’épaisseur de la lame, l’angle d’incidence  et la longueur d’onde.

Mesurer l’écart Dl d’un doublet et la longueur de cohérence d’une radiation. Interpréter les observations en lumière blanche.

 

Décrire et mettre en œuvre les conditions d’éclairage et d’observation.

Admettre et utiliser l’expression de la différence de marche en fonction de l’épaisseur pour exprimer l’ordre d’interférences.

Analyser un objet (miroir déformé, lame de phase introduite sur un des trajets, etc…). Interpréter les observations en lumière blanche.

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Superposition d’ondes lumineuses

 

Superposition de N ondes quasi-monochromatiques cohérentes  entre elles, de même amplitude et dont les phases sont en progression arithmétique dans le cas N>>1.

Utiliser un grapheur pour discuter l’influence de N sur la finesse sans calculer explicitement l’intensité sous forme compacte. Utiliser la construction de Fresnel pour établir la condition d’interférences constructives et la demi-largeur 2p/N des franges brillantes.

 

Notions et contenus

Capacités exigibles

5.. Onde transmise par un objet diffractant plan  éclairé par une onde plane sous incidence normale.

 

Réseau unidimensionnel d’extension infinie de coefficient de transmission t(X) sinusoïdal et de pas supérieur à la longueur d’onde.Plan de Fourier.

Construire l’onde transmise par superposition de trois ondes planes définies par la condition aux limites sur le réseau.Interpréter les observations dans le plan de Fourier.

 

Mire unidimensionnelle d’extension latérale infinie  de N traits parallèles équidistants. Fréquence spatiale.

 

Relier une fréquence spatiale du spectre de la mire à la position d’un point du plan de Fourier. Relier l’amplitude de l’onde en ce point à la composante du spectre de Fourier correspondant.

Interpréter les observations dans le plan de Fourier.

 

Fente rectiligne de coefficient de transmission uniforme.

 

 

Relier une fréquence spatiale du spectre de la fente à la position d’un point du plan de Fourier. Relier l’amplitude de l’onde en ce point à la composante du spectre de Fourier correspondant.

Interpréter les observations dans le plan de Fourier.

Faire le lien avec la relation sin q = l/a  vue en première année.

 

Filtrage optique

Utiliser l’analyse de Fourier pour interpréter les effets d’un filtrage de fréquences spatiales dans le plan de Fourier .

 

 

 

Questions pour réviser le Michelson :

 

  • Dessiner l’interféromètre réel, puis sa modélisation ne faisant plus apparaître la séparatrice, puis sa modélisation ne faisant apparaître ni séparatrice ni miroirs.
  • Nommer les différents éléments et leurs déplacements.
  • Quelles sont les deux configurations de l’interféromètre  ?
  • Quelles sont les conditions d’éclairage et d’observation avec une source étendue dans ces deux configurations ?
  • Comment s’exprime la différence de marche dans chacune de ces configurations (avec démonstration) ?
  • Comment s’exprime l’intensité en un point M du champ d’interférences ?
  • Qu’est-ce que du blanc d’ordre supérieur ?
  • Qu’appelle-t-on battements du sodium ?

 

Pour réviser le cours de réseau :

 

  • Qu’est ce qu’un réseau plan ? Quelle grandeur le caractérise ?
  • Démontrer la formule des réseaux plans par transmission, en incidence normale et en incidence quelconque ( réseau éclairé par une onde plane, observation à l’infini).
  • Qu’est ce que l’ordre d’un spectre ?
  • Faire le diagramme de Fresnel de N ( N petit ! ) ondes, chacune étant déphasée de φ par rapport à la précédente , dans un cas quelconque, puis dans le cas ou l’amplitude résultante s’annule pour la première fois. Quelle est la valeur de φ dans ce dernier cas ?

 

 

Pour réviser le cours de diffraction  :

 

  • Définir le coefficient de transmission d’un objet diffractant.
  • Dessiner le montage 4f’.
  • Qu’est ce que le plan de Fourier ? Qu’y observe-t-on ?
  • Dans le cas d’une mire sinusoidale, construire l’onde transmise par superposition de trois ondes planes définies par la condition aux limites sur le réseau.Interpréter les observations dans le plan de Fourier.

 

 

 

 

 

 

 

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