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  • Attendus TIPE 2019

    Bonsoir,

    les attendus sont parus sur le site SCEI.

    http://www.scei-concours.fr/tipe/2019-Attendus_pedagogiques_Livrables.pdf

     

  • 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.

     

     

     

     

     

     

     

  • Programme de colle 4

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

     

    Colle 4 – lundi 8 au vendredi 12 octobre 2018

     

    Optique physique :

    Chapitres 1 : modèle scalaire des ondes lumineuses.

    Chapitre 2 : superposition de deux ondes.

    Chapitre 3 : interférences à division du front d’onde (cours et exercices classique en lumière monochromatique pour ce dernier chapitre).

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

    Privilégier la configuration « lame d’air » pour les exercices (la configuration « coin d’air » sera vue lundi)

     

     

    Notions et contenus

    Capacités exigibles

    1. Modèle scalaire des ondes lumineuses

     

    a)    Modèle de propagation dans l’approximation de l’optique géométrique.

     

    Chemin optique. Déphasage dû à la propagation.

     

     

    Surfaces d’ondes. Loi de Malus.

     

     

     

    Onde plane, onde sphérique ; effet d’une lentille mince dans l’approximation de Gauss.

     

     

    b)    Modèle d’émission. Approche expérimentale de la longueur de cohérence temporelle. Relation entre le temps de cohérence et la largeur spectrale.

     

     

     

     

     

     

    c)    Récepteurs. Intensité.

     

    Associer la grandeur scalaire de l’optique à une composante d’un champ électrique.

     

     

    Exprimer le retard de phase en un point en fonction du retard de propagation ou du chemin optique.

     

    Utiliser l’égalité des chemins optiques sur les rayons d’un point objet à son image.

     

     

    Associer une description de la  formation des images en termes de rayon lumineux et en termes de surfaces d’onde.

     

    Classifier différentes sources lumineuses (lampe spectrale basse pression, laser, source de lumière blanche…) en fonction du temps de cohérence de leurs diverses radiations  et connaître quelques ordres de grandeur des longueurs de cohérence temporelle associées. Utiliser la relation Df.Dt»1 pour relier le temps de cohérence et la largeur spectrale Dlde la radiation considérée.

     

    Relier l’intensité à la moyenne temporelle du carré de la grandeur scalaire de l’optique.

     

    Citer le temps de réponse de l’œil.

    Choisir un récepteur en fonction de son temps de réponse et de sa sensibilité fournis.

     

    Notions et contenus

    Capacités exigibles

    2. Superposition d’ondes lumineuses

     

     

     

    Superposition de deux ondes quasi-monochromatiquescohérentes entre elles : formule de Fresnel I=I1+I2+2sqrt(I1I2) cos f.  Contraste.

    Établir la formule de Fresnel.

    Citer la formule de Fresnel et justifier son utilisation par la cohérence des deux ondes.

    Associer un bon contraste à des intensités I1 et I2 voisines.

     

    Superposition de deux ondes incohérentes entre elles.

     

    Justifier et utiliser l’additivité des intensités.

     

     

    Notions et contenus

    Capacités exigibles

    3. Exemple de dispositif interférentiel par division du front d’onde : trous d’Young

     

    Trous d’Young ponctuels dans un milieu non dispersif : source ponctuelle à grande distance finie et observation à grande distance finie. Champ d’interférences. Ordre d’interférences p.

     

    Variations de p avec la position du point d’observation ; franges d’interférences.

     

     

    Comparaison entre deux dispositifs expérimentaux : trous d’Young et fentes d’Young.

     

    Variation de p par rajout d’une lame à faces parallèles sur un des trajets.

     

    Variations de p avec la position d’un point source ; perte de contraste par élargissement spatial de la source.

     

     

    Variations de p avec la longueur d’onde. Perte de contraste par élargissement spectral de la source.

     

     

     

     

    Observations en lumière blanche (blanc d’ordre supérieur, spectre cannelé).

    Savoir que les franges ne sont pas localisées. Définir, déterminer et utiliser l’ordre d’interférences.

     

     

    Interpréter la forme des franges observées sur un écran éloigné parallèle au plan contenant les trous d’Young.

     

    Confronter les deux dispositifs : analogies et différences.

     

     

    Interpréter la modification des franges

     

     

    Utiliser le critère semi-quantitatif de brouillage des franges |Dp| >1/2 (où |Dp| est évalué sur la moitié de l’étendue spatiale de la source) pour interpréter des observations expérimentales

     

    Utiliser le critère semi-quantitatif de brouillage des franges |Dp| >1/2 (où |Dp| est évalué sur la moitié de l’étendue spectrale de la source) pour interpréter des observations expérimentales. Relier la longueur de cohérence, Dlet l en ordre de grandeur.

     

    Déterminer les longueurs d‘ondes des cannelures.

     

    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.

     

     

     

     

    Quelques questions pour réviser l’optique :

     

    1. Modèle scalaire des ondes lumineuses :

     

    Qu’est ce qu’un train d’onde ?

    Quel est l’ordre de grandeur de la fréquence et de la période d’une vibration lumineuse visible ?

    Quel est l’ordre de grandeur de la durée de cohérence et de la longueur de cohérence pour :

    • Un laser ;
    • Une lampe à spectre de raies ( exemple ? ) ;
    • Une lampe blanche ?

    Quelle relation lie le temps de cohérence à la largeur spectrale d’une source en fréquence ?

    Comment s’écrit l’amplitude d’une vibration émise par une source S quasi-monochromatique :

    • au point S ?
    • en un point M atteint par cette vibration ?

    Définir le chemin optique ; que représente-t-il physiquement ?

    Définir l’intensité (éclairement).

    Donner un ordre de grandeur du temps de réponse de l’œil.

     

    1. Superposition d’ondes lumineuses :

     

    Définir qualitativement le phénomène d’interférences lumineuses.

    Donner les conditions d’obtention des interférences ( qualitativement ou *en explicitant la notion de temps de cohérence).

    Comment s’écrit l’intensité en un point du champ d’interférences dans le cas d’interférences à deux ondes cohérentespour lesquelles δ⎜< Lc ?

     

    1. Trous et fentes d’Young :

     

    Définir la différence de marche, l’ordre d’interférence, la visibilité.

    Décrire le dispositif des trous d’Young ; définir et calculer dans ce cas la différence de marche.

    Que vaut l’éclairement si les deux trous sont identiques ?

    Pourquoi peut-on remplacer les trous d’Young par des fentes ( de quelle direction ) ?

    Définir l’interfrange et calculer sa valeur.

    Schématiser le montage avec lentille et calculer la différence de marche.

     

    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 ( la seconde configuration sera vue lundi) ?
    • 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 ?