TD_PACES_2016

PACES 2016 - TRAVAUX DIRIGÉS D’ONDE ET OPTIQUE
TD N° 1
1) Exercices ondes et réfraction
Exercice 1 : Ondes
Pour une onde lumineuse dans le vide et de longueur d'onde λ=0, 615 m, déterminez sa période temporelle T, sa
pulsation ω et l’énergie d’un photon de même longueur d’onde (en Joule et en eV). Exprimez sa longueur d’onde
en nm. On donne c=3 108 m/s et h = 6,626 10-34J.s
Exercice 2 : Spectre électromagnétique
A quelle gamme spectrale appartiennent les ondes électromagnétiques suivantes ayant :
= 0,3 1018 Hz,
2) =1,510-15 s,
3) =3,8 1012 rad.s-1
4) k rad.m-1
On donne le schéma suivant :
Exercice 3 : Les photons
Calculer la longueur d’onde et la fréquence associées à un photon d’énergie 450 keV.
Exercice4 : Indice de réfraction
L’indice de réfraction, n, d’un matériau est défini par rapport à la vitesse de propagation, v, de la lumière dans ce
matériau tel que :
n=c/v avec c, la vitesse de la lumière dans le vide.
Sachant que la pulsation, ω, de la lumière reste constante quelque soit le matériau considéré, déterminer la
relation entre les longueurs d’onde  d’une même onde de lumière se propageant dans deux matériaux différents
d’indice optique n1 et n2.
Exercice 5 : Quel est l’angle d’incidence minimum pour la réflexion totale à l’interface de deux matériaux d’indices
respectifs 1,33 et 2,40 ? Dessiner la marche des rayons lumineux.
Exercice 6 :
La figure montre un rayon lumineux tombant perpendiculaire sur la face ab d’un prisme en verre d’indice n v=1,52
d’angle  = 44°.
a)Le prisme est dans l’air (nair = 1). Montrer que le rayon réfléchira totalement sur la face ac.
b) Le prisme baigne dans l’eau (neau=1,333). Calculer l’angle de réfraction du rayon sortant par la face ac.
QCM ondes et réfraction
QCM 7 : Soit une onde électromagnétique se déplaçant à la vitesse de 300 000 km/s. Quelle est sa longueur
d’onde  ?
A) 3, 33 10-9m
B) 1 km
C) 1 m
D) 300 000 km
E) On ne peut pas la calculer car elle dépend également de sa fréquence
QCM 8 :Si on suppose que la vitesse de la lumière est divisée par 3 en pénétrant dans un milieu d’indice n, quelle
est alors la valeur de son indice de réfraction n ?
A 0.33
B 0.666
C3
D 1,5
E2
QCM 9 :Les rayons X sont des ondes électromagnétiques de longueurs d’onde comprises entre 10-2 nm et 10 nm.
Parmi les ondes ayant les caractéristiques ci-dessous, laquelle (lesquelles) peut (peuvent) être considérée(s)
comme des rayons X ? On donne la vitesse de la lumière dans le vide, c=3.108ms-1.
A)
B)
C)
D)
E)
Les ondes de fréquence, =3.107 Hz
Les ondes de fréquence, v=6.1014 Hz
Les ondes de période, T : 3.10-6 s
Les ondes de période, T=3.10-18 s
Les ondes de pulsation, = 6.1014 rad/s
QCM 10 : Soit un faisceau lumineux arrivant sur une interface entre deux milieux d’indices optiques différents,
avec un angle d’incidence inférieur à 45°. Si l’on double l’angle d’incidence du faisceau lumineux, alors, l’angle du
faisceau lumineux réfracté sera
A)
B)
C)
D)
E)
Doublé
Triplé
Divisé par 2
Divisé par 3
Aucune bonne réponse
QCM 11 : On considère un rayon lumineux dans l'air (n0=1) arrivant sur une surface plane d’indice n=2. Le
faisceau lumineux arrive avec un angle de 60° par rapport à la normale à la surface. Sous quel angle r par rapport
à la normale le faisceau sera-t-il réfracté ?
(Données : Sin(60°)=0,866 ; Arcsin(0.433)=25,66° ; Arcsin(0.2165)=12,5° ; Sin(30°)=0,5 ; Arcsin(1,00)=90°)
A 25,7°
B 12,5°
C 90°
D 30°
E Il n'y aura pas réfraction mais réflexion totale
QCM 12 : Un faisceau lumineux évoluant dans un milieu d’indice n, arrive sur l’interface avec l’eau avec un angle
d’incidence =41,68°. Calculer l’indice du milieu en sachant que le faisceau sort en rasant l’interface. (neau=4/3)
On donne cos 41,68°= 0,747 ; sin 41,68°= 0,665 ; tan 41,68°=0,890
A 1,5
B1
C 0,6
D 1,187
E2
QCM 13 :Soit un prisme d’indice optique n=1,5. Le faisceau lumineux arrive à l’interface entre l’air et le verre au
point I, traverse le prisme, et sort du prisme au point J.
• =90°
• B= 45°
• C= 45°
B
I
J
a
d
A
b
c
C
Données : sin 45°=0,7 ; sin 90°= 1 ; sin 0°=0 ; sin 28°=0,47 ; sin 60°=0,87 ; arc sin 0,92=67° ; arc sin 0,61=37,5° ;
arc sin 0,77=50,4° ; arc sin 0,87=60° ; arc sin 0,71=45° ; n(air)=1
QUESTION N° 13 A
Parmi les propositions suivantes, la(les) quelle(s) est(sont) vraie(s) ?
A) l’angle d’incidence en I vaut 90°
B) l’angle d’incidence en I vaut 0°
C) l’angle d’incidence en J vaut 90°
D) l’angle d’incidence en J vaut 45°
E) l’angle d’incidence en J vaut 0°
QUESTION N° 13 B
Le faisceau lumineux sortant en J est :
A)
B) b
C) c
D) d
E) Aucun de ces faisceaux n’est correct
QCM 14 : Un dioptre plan sépare l’air d’un milieu d’incidence n=1,5. Pour quelle valeur de l’angle d’incidence i le
rayon réfléchi est il perpendiculaire au rayon réfracté ? Le faisceau de lumière va du milieu d’indice n vers l’air
On donne arc tan (1,5)= 56,3°, arc sin (0,667)= 41,8° ; arc tan (0,667)= 33,7° ; arc cos (0,667)= 48,2°
A 56,3°
B 33,7°
C 45°
D 41,8°
E 48,2°
QCM 15 : A propos de l’œil et ses défauts, lesquelles de ces affirmations sont correctes ?
A) le punctum proximum correspond à la vision éloignée nette
B) le punctum remotum correspond à la vision éloignée nette
C) un œil au repos est un œil qui n’accommode pas
D) un œil myope converge en arrière de la rétine
E) on corrige un œil hypermétrope avec une lentille divergente
TD N° 2 2015
Exercice 1 : Dioptre sphérique
L’extrémité d’une tige en matière plastique (indice de 1,5) de diamètre 6 cm est une surface sphérique.
a) Un objet est situé dans l’air à 5 cm de cette extrémité. Déterminer la position de l’image de cet objet dans
la tige.
Exercice 2 : On remplace le premier milieu par de l’eau d’indice de réfraction neau =4/3 (le rayon de courbure du
dioptre et le deuxième milieu étant inchangés de l’exercice 1). Dans ces conditions où va se trouver l’image ?
Exercice 3 : Lentille
Une lentille mince divergente de distance focale image f’=-7cm donne une image à 3 cm en avant de la lentille.
Déterminer la position de l’objet de 1cm et la taille de l’image. L’image est-elle réelle ou virtuelle ?
Exercice 4 : Lentille
1) L’objectif d’un appareil photo peut être assimilé à une lentille mince convergente L1 de focale 4 cm.
Calculer la hauteur de l’image d’un édifice de 25 m de hauteur situé à 400 m de l’objectif.
Exercice 5 : Microscope
Un microscope est constitué d’un objectif de distance focale image f 1’ = 8 mm et d’un oculaire de distance focale
image f2’=20 mm. La distance entre le foyer image principal de l’objectif, F1’ et le foyer principal objet de l’oculaire,
F2, est = 16 cm. L’image A’’B’’ de l’objet AB (une hématie de taille 7,7 m) à travers le microscope est nette
pour un observateur à vue normale regardant à l’infini sans accommoder.
1) Quelle est la position de l’image intermédiaire A’B’ de l’objet donné par l’objectif ?
2) Calculer la position de l’hématie par rapport à l’objectif.
Exercice 6 : Interférences de deux ondes EM synchrones
la frange
suivante est de 1 mm quelle est la longueur d’onde de la lumière utilisée ?
Exercice 7 : : Interférences de deux ondes EM synchrones
Deux fentes étroites sont éclairées au moyen d’un faisceau lumineux dont la longueur d’onde est 500 nm. Deux
maxima successifs au voisinage du centre de la figure d’interférence sont séparés par un angle de 1,5°. Quelle est
la distance entre les fentes ?
QCM dioptres et lentilles
QCM 8 On considère une lentille convergente de distances focale image, f', et objet, f, égales à 20 cm et -20 cm
respectivement. Calculer la position de l'image A'B' d'un objet AB situé à -20 cm à l'avant de la lentille (objet réel) ?
A +30 cm
B -10 cm
C -30 cm
D +60 cm
E à l’infini
QCM 9 On considère une lentille divergente de distances focale image, f', et objet, f, égales à -10 cm et +10 cm
respectivement. Calculer la position de l'image A'B' d'un objet AB situé à +20 cm à l'arrière de la lentille (objet
virtuel) ?
A +30 cm
B +20 cm
C -20 cm
D -30 cm
E à l’infini
QCM 10 Concernant le laser :
A son rayonnement est toujours dans le domaine du visible
B son rayonnement est toujours dans le domaine des ultra-violets
C sa puissance est comprise entre les millivolts et les gigavolts
D pour créer une inversion de population, il faut exciter les atomes se trouvant à l’état fondamental.
E on augmente l’intensité du rayonnement en remplaçant les miroirs de la cavité par des lentilles convergentes
QCM 11 On considère des étoiles rayonnant comme des corps noirs :
couleur
Fréquence (1014 Hz)
rouge
4,41
jaune
5,17
bleue
6,12
Longueur d’onde
(nm)
A)
B)
C)
D)
E)
680
580
490
La couleur des étoiles dépend de leur composition chimique
Les étoiles rouges ont une température plus importante que les étoiles bleues
Les étoiles bleues sont une température plus importante que les étoiles rouges
La couleur des étoiles dépend de leur distance à la Terre
Aucune bonne réponse
QCM 12 On considère une lentille divergente de distance focale image f’ et de distance focale objet f égales à -5 et
5 cm respectivement. Calculez la position et la taille de l’image A’B’ d’un objet AB situé à -10 cm à l’avant de la
lentille et de 1 cm de hauteur.
A Position = +3,33 cm, taille= +0,333 cm
B Position = -3,33 cm, taille= +0,333 cm
C Position = +3,33 cm, taille= -0,333 cm
D Position = -3,33 cm, taille= -0,333 cm
E Position à l’infini, taille= 1 cm
QCM 13 La correction d’un œil hypermétrope nécessite l’utilisation
A. d’un dioptre sphérique dont le foyer objet coïncide avec le cristallin
B. d’une lentille divergente
C. d’une lentille convergente
D. d’un système de deux lentilles, une convergente et une divergente
E. aucune bonne réponse
QCM 14 Un objet est à 5 cm en avant d’une lentille convergente de distance focale objet de 5 cm, l’image obtenue
par ce système est :
A.
virtuelle
B.
à l’infini
C.
se situe à +2,5 cm à l’arrière de la lentille
D.
se situe à -2,5 cm à l’avant de la lentille
E.
se situe à 5,0 cm à l’arrière de la lentille
QCM 15 À propos ondes et de l’optique géométrique, quelle ou quelles propositions sont exactes ?
A la lumière est une onde électromagnétique
B Un dioptre est une interface entre deux milieux d’indice optique différent
C Tous les faisceaux lumineux partant du foyer objet d’une lentille convergente forme une image sur le foyer image
de cette même lentille
D La réfraction d’un rayon lumineux est régie par la relation de Snell-Descartes.
E Considérées comme des corps noirs, la couleur observée des étoiles peut s’expliquer par la loi de Gauss.