Diffraction-de-la

Étude quantitative du phénomène de diffraction de la lumière
1.
Objectifs :


2.
Réaliser une figure de diffraction par une fente fine avec un faisceau laser de longueur d'onde nm
Étudier la figure de diffraction qui apparaît à l’écran et vérifier la pertinence de la relation  = Error! pour ce type
d’ondes.
Le matériel utilisé :
Une diode laser ( ≈ 650 nm); des fentes calibrés de largeur : 40 m, 50 m, 100 m, 120 m, 280 m et 400 m ; une fente de largeur
inconnue x (à déterminer); un porte-diapositive ; un écran gradué en mm (papier millimétré); un mètre ruban.

Note du 10 octobre 1999, relative aux dispositifs à laser susceptibles d'être en contact avec le
public
(extraits)
 Les élèves doivent manipuler
une diode laser conforme à la
réglementation en vigueur
(puissance 0,8 mW, classe II).
La possession et l’usage, à des fins autres que scientifiques, par les élèves, de pointeurs laser ou de
diodes laser … sont interdits dans les locaux scolaires …
L'expérience se déroulant dans
l'obscurité, il y a risque de
confusion entre les différentes
fentes de la diapositive : les
élèves veilleront à viser la fente
étudiée et non sa voisine !
3.
Les sources laser à alimentation externe utilisées dans les établissements scolaires pour des
expériences d’optique, de spectroscopie, d’holographie, de vélocimétrie laser, de radar laser, doivent
être, sauf spécification professionnelle (BTS, CPGE), de classe 1 ou 2 et toutes les dispositions
doivent être prises pour éviter les agressions oculaires.
L’usage des sources laser doit toujours être précédé de commentaires explicites sur la dangerosité de
rayonnement laser et surtout des risques oculaires qu’il peut générer.
Activité expérimentale
Travail à effectuer:
a) Réalisation d'une figure de diffraction

Placer le porte-diapositive contenant les fentes
calibrées de largeur a à environ 10 cm de la diode laser.
Positionner l'écran à une distance D de la fente.

Choisir la fente de largeur a la plus fine et réaliser
le montage ci-contre.
Pour D = 2,50 m, mesurer la largeur d de la tache centrale de diffraction. d
Diode
laser
= ……………………
2 
a
D
b) Choix de la distance D

Compléter le schéma suivant, en y faisant figurer  (demi-écart angulaire du faisceau diffracté par rapport au faisceau
incident) et D.
≈  ( est exprimé en radian)

Établir la relation  = Error! (approximation : si  est petit, on peut écrire tan 

Pour montrer l'influence de la distance D sur la précision de la détermination de , choisir deux plus petites valeurs de D et
mesurer la largeur d de la tache centrale de diffraction. Reporter les résultats dans les deux premières lignes du tableau.
TP TS sur les ondes
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D (en m)
d (en ……….)
 ( en ……..)
2,50

Finir de remplir le tableau en calculant  et montrer que  est indépendant de D pour une largeur a de la fente diffractante
fixée.

Quelle valeur de D doit-on choisir pour une détermination de  la plus précise possible ?
c) Influence de la largeur a d'une fente sur l'écart angulaire

Avec le matériel disponible sur la paillasse, proposer un protocole pour mettre en évidence l'influence de la largeur a de la
fente sur l’écart angulaire .

Réaliser les mesures nécessaires :
Relever les résultats de vos mesures dans le tableau ci-dessous :
40
a (m)
50
100
120
280
x
400
d (cm)
Remarque : x représente la largeur de la fente non calibrée

Compléter le tableau ci-dessous :
a (m)
40
50
100
120
280
400
d (cm)
Error! (m-1)
 (rad)

Tracer la courbe  = f(Error!) et déterminer son équation mathématique. Le modèle physique est-il validé ?

La relation  = Error! semble-t-elle vérifiée ? Quelle est la valeur approximative de la longueur d’onde utilisée ?

Remarque : Le modèle physique obtenu est de la forme  =   a n (avec n  Z). Trouver la valeur de la puissance n :

Proposer un protocole pour déterminer expérimentalement la largeur de la fente non calibrée en utilisant le graphique
précédent :

Déterminer expérimentalement la largeur de la fente non calibrée : x =
Le phénomène de diffraction intervient dans de nombreux domaines de la physique. Il trouve des applications dans le cas de l'optique
avec les réseaux, l'holographie et dans des domaines aussi différents que la diffraction des rayons X par un cristal. Mais ce
phénomène a également des inconvénients, il limite par exemple le pouvoir de résolution des instruments d'optique tels que la lunette
astronomique.
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