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Correction : TP de l'étude de la diffraction de la lumière


terminaleCorrection : TP de l'étude de la diffraction de la lumière

#msg1996060#msg1996060 Posté le 02-11-08 à 20:39
Posté par Profildydy13 dydy13

Bonjour à tous

Pouvez vous me corriger mon TP de physique, c'est noté, merci beaucoup (j'ai passé beaucoup de temps à faire ce topic, donc pouvez vous vraiment bien m'aider s'il vous plait ? En vous en remercie beaucoup )

I] Mise en évidence du phénomène de diffraction de la lumière par une fente


Dispositif expérimental : D = 2.50 m et d = quelques cm

Correction : TP de l'étude de la diffraction de la lumière

Manipulation :
Interposer une fente verticale sur le trajet du faisceau laser.

Observation : (image de internet donc est faux)

Représenter ce que l'on observe sur l'écran :

Correction : TP de l'étude de la diffraction de la lumière

Interprétation :

A l'aide de vos connaissances de seconde, que pouvez-vous dire de la propagation de la lumière ?

=> elle se propage dans le vide et dans les milieux  transparents.

Que devriez-vous donc observer sur l'écran ?

=>  Un point rouge du laser.

En interposant une fente, vous avez cependant obtenu une figure de diffraction. Quel phénomène analogue avez-vous observé au chapitre précédent ?

=> La diffraction est d'autant plus important que la dimension de l'ouverture est plus petite. (je ne suis pas sûre du tout)

Par analogie, quel modèle peut-on proposer pour décrire la lumière du laser ?

=> Un prisme qui va décomposer la lumière (je ne suis pas sûre du tout)

II] Influence de la largeur de la fente :

Reprendre le même dispositif expérimental qu'au I].

Correction : TP de l'étude de la diffraction de la lumière

Manipulation :


Choisir une fente F de largeur a. Mesurer sur l'écran la largeur L de la tache centrale de diffraction. Répéter l'expérience avec des différentes fentes de largeurs connues ainsi qu'avec une fente de larguer x inconnue.

Observations :

Compléter le tableau ci-dessous :

largueur a de la fente (m) :                 100   200   300   340   x
largueur L de la tâche centrale (mm)    :  18      9    6.18   6    13

Interprétation :

Tracer la courbe représentative des variations de L en fonction de a. 3$\textrm \red (voir courbe 1) en dessous)
En déduire graphiquement la largeur x de la fente :

=> je trouve environ x = 140 Um  graphiquement.

On appelle l'angle entre le milieu de la frange centrale et la première extinction de la figure de diffraction :

Correction : TP de l'étude de la diffraction de la lumière

Si l'angle est petit, il pourra être confondu avec se tangente : tan .

Montrer que 3$\textrm \frac{L}{2D}

=> je ne comprends pas du tout...

Calculer l'angle pour chacune des fentes et compléter le tableau ci-dessous :

Bon alors pour calculer :

- la largeur a de la fente on fait =>  a*10-6
- l'écart angulaire on fait => L/2D or D = 2.50 sur le schéma.
- 1/a o fait => 1/(a*10-6)

Donc on n'a le tableau :

largeur a de la fente (m) :            100*10-6  200*10-6  300*10-6  340*10-6      x
écart angulaire (en radians) :      0.0036   0.0018   0.0012   0.0012   0.0026
1/a (en m-1) :                                10000      5000      3333.3    2941.2    

Tracer la courbe représentative des variations de en fonction de 1/a.3$\textrm \red (voir courbe 2) au dessous)

Calculer le coefficient directeur de cette droite. Le comparer avec la longueur d'onde de votre laser. Que constater vous ?

=> 3$\textrm a = \frac{yb - ya}{xb - xa} = \frac{0.0036 - 0.0018}{10000 - 5000} = 3.6*10-7 et 6.33 nm , je ne comprends ce qu'il faut constater

En déduire la relation entre et la largeur a de la fente :


=> d'après le cours : = \frac{lamda}{a}


III] Mise en évidence du phénomène de diffraction de la lumière par un fil :

Dispositif expérimental : c'est le fil bien sûr et D= 2.50 m et d = quelques centimètres.

Correction : TP de l'étude de la diffraction de la lumière

Manipulation :


Utiliser des fils de diamètres différents ou commençant par le fil le plus fin et mesurer à chaque fois la largeur de la tâche centrale de diffraction.

Observations :
Compléter le tableau suivant :

diamétre a du fil (en mm) :                          4.0*10-2     6.0*10-2     8.0*10-2      10*10-2      12*10-2      cheveu.
largeur L de la tâche centrale (en mm) :           35            29            20             18             14             18
1/a (inverse de a en mm-1 :                               25            17         12.5              10               8
  
Interprétation :

Tracer la courbe représentative des variations de L en fonction de 1/a 3$\textrm\red (voir la courbe 3) en dessous).

Déterminer le diamètre du cheveu :

=> je vois du tout comment faire...

Voilà, pouvez vous m'aider s'il vous plait ? Je voudrais vraiment avoir tout bon, et aussi, j'ai passé beaucoup de temps de faire ce topic, donc puissiez vous vraiment bien m'aider s'il vous plait ?

Je vous remercie déjà d'avance

Dydy

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Correction : TP de l'étude de la diffraction de la lumière
re : Correction : TP de l'étude de la diffraction de la lumière #msg1996090#msg1996090 Posté le 02-11-08 à 22:21
Posté par Profilcoriolan coriolan

C'est un beau travail.Je comprends que tu aies passé du temps!
Quelques remarques.
I)observation
plutôt que d'écrire lambda est faux,écris plutôt"document internet ( la longueur d'onde du laser est différente de celle du laser utilisé en classe)

interprétation
je ne sais pas ce que tu as étudié avant si bien que je ne sais pas ce qu'on attend comme réponse.
En tout cas le prisme n'est pas un modèle !
peut-être dois tu rappeler que la lumière du laser est monochromatique.(un prisme ne décompose pas la lumière du laser)
La notion de modèle ondulatoire at-elle été évoquée?

graphique 1
il serait préférable de faire un tracé à la main pour "lisser " la courbe ,plutôt que de tracer une succession de segments.Tu dois tracer une courbe ....courbe!(c'est un peu tordu comme explication,mais une droite est qualifiée de courbe ,en math!)

quelques explications pour tan(thêta).
par définition :tangente d'un angle =côté opposé/côté adjacent
Ici;côté opposé =L/2
côté adjacent= D
d'où tan(theta)= L/2D
Quand l'angle est petit on peut confondre la valeur de l'angle en radian avec la valeur de la tangente de cet angle.
Pour t'en convaincre ,voici un exemple
tan (2°)=0,0349
sachant que pi radians ( pi= 3,14....) valent180° ,un angle de 2° vaut
(pi *2)/180 =0,0349
A suivre
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re : Correction : TP de l'étude de la diffraction de la lumière #msg1996103#msg1996103 Posté le 02-11-08 à 23:19
Posté par Profilcoriolan coriolan

suite
Tu as tracé  thêta en fonction de 1/a .
Tu obtiens 3 points alignés.Le premier doit être "oublié" car il correspond à une "mauvaise " mesure.
En admettant que la droite passe par zéro,on a une droite affine du type
y=kx
k est la pente (coefficient directeur de la droite).
dans le cas étudié on a une droite d'équation
theta=k.(1/a)
Tu as calculé ce coefficient directeur
Tu trouves 3.7 10^-7soit,370.10^-9.
Il aurait fallu trouver une valeur proche de 633.10^-9(valeur de la longueur d'onde du laser utilisé).
en effet ton cours indique que theta=lambda /a    ou encore
theta=lambda .1/a
Lambda( en m )représente donc la pente de la droite .
Tes mesures ne sont pas fameuses ,ou alors c'est moi qui fait une erreur!
Dans la dernière partie,il faudrait que tu traces une droite qui soit le plus proche possible du maximum de points.
Surtout ,ne pas tracer de ligne en zigzag.
Il y a une relation de proportionnalité entre l'inverse du diamètre du fil (1/a) et la largeur de la tache
en effet si theta=lambda/a    L/2D=lamba/a et L=2D*lambda/a
ou encore L=(2D*lambda)*1/a  L=k*1/a .cela veut dire que L est proportionnel à "1/a".
Je t'ai peut-être un peu perdu(e) avec ces explications.
Concrètement,tu cherches à quelle valeur de 1/a correspond à une largeur de tache de 18 mm.(tu traces une horizontale qui passe par 18 et qui coupe la droite tracée,et tu cherches l'abscisse correspondante)
à partir de la valeur de 1/a trouvée graphiquement,tu calcules "a",cest à dire l'épaisseur du cheveu.
re : Correction : TP de l'étude de la diffraction de la lumière #msg1996121#msg1996121 Posté le 02-11-08 à 23:58
Posté par Profildydy13 dydy13

merci pour votre réponse !

Citation :
interprétation
je ne sais pas ce que tu as étudié avant si bien que je ne sais pas ce qu'on attend comme réponse.
En tout cas le prisme n'est pas un modèle !
peut-être dois tu rappeler que la lumière du laser est monochromatique.(un prisme ne décompose pas la lumière du laser)
La notion de modèle ondulatoire at-elle été évoquée?


Donc le prisme n'est pas un modéle ! Oui j'ai étudier la notion de modéle ondulatoire, mais je voie pas c'est quoi ici ...

Dydy
re : Correction : TP de l'étude de la diffraction de la lumière #msg1996122#msg1996122 Posté le 03-11-08 à 00:00
Posté par Profildydy13 dydy13

Citation :
graphique 1
il serait préférable de faire un tracé à la main pour "lisser " la courbe ,plutôt que de tracer une succession de segments.Tu dois tracer une courbe ....courbe!(c'est un peu tordu comme explication,mais une droite est qualifiée de courbe ,en math!)


ok..pas de soucis...mais c'est open office pas excel, il n'y a pas de fonction "lisse" ...

Dydy
re : Correction : TP de l'étude de la diffraction de la lumière #msg1996127#msg1996127 Posté le 03-11-08 à 00:05
Posté par Profildydy13 dydy13

Sinon, je ne comprends toujours pas comment je fais pour calculer le diamétre du cheveu au III]..

Ni au II) à la comparaison de mon coefficent directeur et de lambda ... en gros comment on aboutit à la relation de théta = lambda/a ....

Merci de m'expliquer...

Dydy
re : Correction : TP de l'étude de la diffraction de la lumière #msg1996135#msg1996135 Posté le 03-11-08 à 00:19
Posté par Profilcoriolan coriolan

.
voici des résultats expérimentaux (presque trop beaux!)
les 1/a ont été calculés à partir des valeurs en centièmes de mm.
Pae exemple:pour 20 centièmes 1/a =1/20=0.05
Les largeurs de taches sont désignées par d au lieu de L.
http://catice.ac-besancon.fr/sciences_physiques/physique_chimie/Lycee/seconde/phys/diffraction.htm
je continuerai demain
re : Correction : TP de l'étude de la diffraction de la lumière #msg1996158#msg1996158 Posté le 03-11-08 à 08:51
Posté par ProfilColl Coll Moderateur

Bonjour à tous,

dydy13 >> Tu es assez ancienne pour savoir que les images doivent être placées sur le serveur de l' Les quatre premières ne l'étaient pas. Je les ai placées. Merci d'en faire autant la prochaine fois !

attentionextrait de c_faq la FAQ du forum :

Q05 - Puis-je insérer une image dans mon message ? Comment faire ?

re : Correction : TP de l'étude de la diffraction de la lumière #msg1996171#msg1996171 Posté le 03-11-08 à 10:48
Posté par Profildydy13 dydy13

Bonjour Coll

=> justement, je n'ai jamais inséré d'images à l'aide de la balise [img] et donc j'ai regardé la discussion ici => , on doit bien mettre l'adresse de l'image entre ces balises non ? Je ne comprends pas pourquoi tu parles du serveur de l'île ? Comment on doit faire alors ? Je ne comprends pas...désolé ..

Dydy
re : Correction : TP de l'étude de la diffraction de la lumière #msg1996181#msg1996181 Posté le 03-11-08 à 11:14
Posté par Profilcoriolan coriolan

bonjour,
la diffraction de la lumière ,de même que la réfraction sont deux phénomènes qui prouvent que la lumière se propage comme une onde.On parle alors de modèle ondulatoire de la lumière pour décrire la propagation de la lumière.
D'autres phénomènes concernant la lumière ne s'expliquent pas par le modèle ondulatoire.
Au niveau de seconde,il faut accepter cet énoncé qui deviendra plus clair (en principe!) en avançant dans les études.


Courbe représentative des variations de L en fonction de 1/a:
les points devraient être alignés et la droite passant par ces points devraient passer par 0 (comme tu débutes l'axe des abscisses à 6,c'est moins évident à tracer.)Si tu refais ton graphique en plaçant l'abscisse 0,tu constateras que les 3 premiers points sont quasiment alignés  .On peut tracer une droite passant par 0 et très proche des 3 points.Le 4ème point ,d'abscisse 25 correspond à une "mauvaise" mesure.

Pour trouver l'épaisseur du cheveu,tu vas utiliser cette droite (d'étalonnage).Tu as mesuré la largeur de la tache produite par la diffraction due au cheveu (18mmm)
A partir de l'ordonnée 18 ,tu traces une horizontale qui coupe la droite d'étalonnage.
A partir de ce point d'intersection ,tu abaisses une verticale qui coupe l'axe des abscisses.
Tu lis la valeur 1/a et tu calcules son inverse pour trouver "a" c'est à dire l'épaisseur du cheveu.
J'espère que c'est clair
re : Correction : TP de l'étude de la diffraction de la lumière #msg1996190#msg1996190 Posté le 03-11-08 à 11:26
Posté par Profildydy13 dydy13

ok merci coriolan !

C'est clair maintenant pour le diamétre du cheveux ! donc le grand III est blouclé ( )

Par contre en ce qui concerne le I) :

Citation :
Interprétation :

A l'aide de vos connaissances de seconde, que pouvez-vous dire de la propagation de la lumière ?

=> elle se propage dans le vide et dans les milieux  transparents.

Que devriez-vous donc observer sur l'écran ?

=>  Un point rouge du laser.

En interposant une fente, vous avez cependant obtenu une figure de diffraction. Quel phénomène analogue avez-vous observé au chapitre précédent ?
=> La diffraction est d'autant plus important que la dimension de l'ouverture est plus petite. (je ne suis pas sûre du tout)

Par analogie, quel modèle peut-on proposer pour décrire la lumière du laser ?

=> Un prisme qui va décomposer la lumière (je ne suis pas sûre du tout)


pour la question 1 et 2 je crois que c'est bon, par contre à la 3 et 4 je ne comprends toujours pas...
Si le modéle n'est pas lemodéle c'est quoi alors ? Car je voie toujours pas... et également pour le phénoméne analogue observé au chapitre précédent, on a juste vu que si lambda était du même ordre de grandeur que la fente alors il y avait diffraction, mais je voie pas le rapport ici ...

En ce qui concerne le III) :

J'ai pas de soucis sauf deux petites questions :

- Je n'arrive pas à montrer que = \frac{L}{2D} quelle petite démonstration, on sait juste que tan =

- et au calcul du coeficient directeur et à sa comparaison avec lambda, on doit constater qu'ils sont à peu près identiques, par contre je ne comprends pas comment on aboutit donc à la relation : = lambda/a....je voie pas non plus la petite démonstration à faire (du moins si il y en a une faire ^^)

Merci encore pour votre aide

Dydy   
re : Correction : TP de l'étude de la diffraction de la lumière #msg1996197#msg1996197 Posté le 03-11-08 à 11:35
Posté par ProfilColl Coll Moderateur

dydy13 >> Non, il ne faut pas insérer l'adresse de l'image entre des balises [img]. Il faut faire comme la FAQ l'explique ; c'est simple, non ?

attentionextrait de c_faq la FAQ du forum :

Q05 - Puis-je insérer une image dans mon message ? Comment faire ?

re : Correction : TP de l'étude de la diffraction de la lumière #msg1996209#msg1996209 Posté le 03-11-08 à 12:01
Posté par Profildydy13 dydy13

Ah ok ! Donc on n'a pas le droit d'utiliser les balises [img] ? Juste le bouton du bas "Img" pour insérer une image en provenance de notre ordi..par contre je ne comprends pas alors comment on fait pour avoir une image pas à la fin du message mais centrée dans notre message comme mes 4 premières alors ? C'est ça que j'arrivais pas à faire alors j'ai uilisé les balises..

Dydy   
re : Correction : TP de l'étude de la diffraction de la lumière #msg1996222#msg1996222 Posté le 03-11-08 à 12:09
Posté par ProfilColl Coll Moderateur

Tu tapes du texte...

tu places une première balise [img1]

puis tu continues ton texte...

tu places éventuellement une deuxième balise [img2]

puis tu tapes encore du texte... etc. Il n'y a aucune difficulté (mais le nombre de figures est limité à trois... alors il faut faire deux messages qui se suivent si tu as plus de trois figures).

re : Correction : TP de l'étude de la diffraction de la lumière #msg1996226#msg1996226 Posté le 03-11-08 à 12:13
Posté par Profildydy13 dydy13

ah ok !! C'était tout simple en fait....désolé alors pour le non respect des régles, j'avais cherché comment faire en plus, le pire c'est que j'avais même fait mes shémas mais je savais pas comment les insérer, alors je les ai pris sur internet...,c'était pas expliqué comme ceci ....encore désolé alors

Dydy   
re : Correction : TP de l'étude de la diffraction de la lumière #msg1996230#msg1996230 Posté le 03-11-08 à 12:16
Posté par ProfilColl Coll Moderateur

Eh oui, c'est tout simple !
re : Correction : TP de l'étude de la diffraction de la lumière #msg1996306#msg1996306 Posté le 03-11-08 à 14:40
Posté par Profilcoriolan coriolan

précise moi quelle expérience de diffraction a été étudiée avant le TP et les conclusions tirées.
Pour =L/2D ,je t'ai donné l'explication.
géométriquement,tan=(L/2)/D=L/2.D
si l'angle est petit,on peut confondre l'angle avec la valeur de sa tangente.Donc =L/2D
re : Correction : TP de l'étude de la diffraction de la lumière #msg1996330#msg1996330 Posté le 03-11-08 à 15:03
Posté par Profildydy13 dydy13

ah ok, merci

II)

ok, pour la relation, je comprends mieux maintenant pour le montrer que....

mais je ne comprends toujours pas le rapport du coefficient directeur de la courbe avec lambda et comment on en déduit la relation finale..
Sinon, c'est bon, pour le II)

I) nous n'avons pas fait de TP sur la fifraction avant celui-ci, par contre, on a juste écrit ceci dans le cours sur la diffraction et la dipersion des onde :

Un milieu est dispersif si la célérité des ondes dans ce milieu dépend de leur fréquence.
Une onde mécanique progressive périodique de longuer d'onde est :

- dipphragmée si la largeur de l'ouverture est grande par rapport à la longueur de d'onde .
- diffractée si la largeur de l'ouverture est du même ordre de grandeur ou plus petite que la longueur d'onde .

Correction : TP de l'étude de la diffraction de la lumière

Regardez ici, l'expérience que le prof nous avait fait en cours pour nous expliquer ce phénoméne
=>

La diffraction est d'autant plus marquée que l'ouverture est petite.
L'onde diffractée et l'onde incidente ont la mêmefréquence, même célérité et même longueur l'onde.


Merci pour votre réponse et merci de m'aider.

Dydy
re : Correction : TP de l'étude de la diffraction de la lumière #msg1996552#msg1996552 Posté le 03-11-08 à 23:39
Posté par Profilcoriolan coriolan

honnêtement je ne sais pas quelles réponses attend ton prof.
Voici une proposition:
On a vu qu'une onde mécanique était diffractée au passage d'une ouverture de même ordre de grandeur ou inférieure à la longueur d'onde.
la lumière laser étant diffractée au passage d'une fente étroite on peut en déduire que cette lumière se propage comme une onde.(modèle ondulatoire).
re : Correction : TP de l'étude de la diffraction de la lumière #msg1996689#msg1996689 Posté le 04-11-08 à 13:10
Posté par Profildydy13 dydy13

ok, merci je vais metre ceci alors.


sinon pour le II ) vous pouvez m'explquer ceci :je ne comprends toujours pas le rapport du coefficient directeur de la courbe avec lambda et comment on en déduit la relation finale..


Merci

Dydy
re : Correction : TP de l'étude de la diffraction de la lumière #msg1996987#msg1996987 Posté le 04-11-08 à 23:15
Posté par Profildydy13 dydy13

S'il vous plait, quelqu'un peut t-il m'aider ??

Dydy
re : Correction : TP de l'étude de la diffraction de la lumière #msg1996997#msg1996997 Posté le 04-11-08 à 23:49
Posté par Profildydy13 dydy13

S'il vous plait, ce que je ne comprends c'est surtout les deux dernières questions du II] :

Le rapport avec avec le coefficient directeur de la courbe avec lambda et comment on en déduit la relation finale..

et aussi les deux dernières questions du I] ....

Merci pour votre aide, c'est pour jeudi....

Dydy

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