TP Laser et poudre de lycopode DIFFRACTION ver 2 ELEVE

partie Ondes et propriétés
TP Diffraction
TP Exploitation du phénomène de DIFFRACTION
Objectif 1 : Détermination de la longueur d'onde d'un LASER (1h)
Document 1 : Le matériel.
Un faisceau laser vert (longueur d’onde fabricant :   532 nm), un faisceau laser rouge
(longueur d’onde fabricant   650 nm), des fentes de largeurs différentes (Donnée
constructeur : tolérance sur la largeur des fentes 1% de sa valeur dans une limite de 1µm),
un écran, un décamètre, un réglet.
Document 2 : Comment réaliser une expérience de diffraction avec une lumière
monochromatique ?
Document 3 : Expression de la largeur de la tache centrale
On propose trois expressions pour calculer la largeur L de la tache centrale mais 1 seule une
sera juste :
L : largeur de la tache centrale de
la diffraction. λ : longueur d’onde du
faisceau laser.
a : largeur de la fente.
D : distance écran/fente
partie Ondes et propriétés
TP Diffraction
Document 4 :
L'approximation de Gauss, appelée également approximation des petits angles, permet
d'écrire pour des angles assez petits et exprimés en radian : tan θ ≈ θ
Document 5 : Comment mesurer la largeur de la tache centrale ?
Pour plus de précision, on peut mesurer la distance entre deux minima consécutifs des taches
secondaires ce qui correspondra à 2L= L +L/2+L/2.
A) E
t
I-Etude qualitative du phénomène de diffraction en lumière monochromatique.
Votre travail :

Recherche de la bonne relation à exploiter :
de diffraction

A l’aide d’une analyse dimensionnelle,figure
éliminez
une ou plusieurs expression(s) du
document 3 

De manière qualitative, à l'aide de quelques manipulations, éliminez les autres relations !

Rédigez votre démarche !

Une fois la relation sélectionnée et en utilisant le matériel mis à votre disposition, proposez
une expérience ( plusieurs mesures sont nécessaires ! ) pour déterminer la longueur
d'onde du LASER 

Effectuez toutes les mesures et les consigner dans un tableau
II- Partie EXPLOITATION et ANALYSE à faire à la maison si vous manquez de temps







Tracez la courbe que l'on spécifiera la plus adéquate afin de trouver la longueur d'onde du laser
Modéliser et faire apparaitre le modèle
Imprimer la et la joindre à votre CR 
En déduire la longueur d'onde du LASER
Calculer l'incertitude relative
Exprimer la longueur d’onde du laser sous la forme (λ ± U(λ)) m



A l’aide du logiciel Latispro, déterminer l’incertitude élargie sur la longueur d’onde expérimentale.

Calculer l’écart relatif et conclure.
partie Ondes et propriétés
TP Diffraction
Objectif 2 : Détermination de la dimension de la poudre de Lycopode (1h)
Le matériel.
 Un faisceau laser vert (longueur d’onde fabricant :   532 nm) et un support élévateur


un écran + fixation
un décamètre ou un réglet.

Un trou d’Young, une fente d’Young et 1 fil

de la poudre de lycopode( spore de fougère )

Lame de microscope

2 pieds et pinces

1 écran
I-Principe et Rappel :
Lorsqu’une onde rencontre un trou ou une sphère ( théorème de Babinet ) , on observe un
phénomène de diffraction. On utilisera ce phénomène pour déterminer la taille des sphères
constituant la poudre de Lycopode ( méthode de granulométrie industriellement utilisée )
1. Définir le phénomène de diffraction
2. A quelle condition observe-ton effectivement un phénomène de
diffraction
3. On préfère utiliser un laser VERT à un laser ROUGE car il est
plus puissant. Quelle est alors l'inconvénient sur la figure de
diffraction ?
4. Qu'observait-on avec une lumière blanche ?
II-Le Principe
Nous allons considérer que la poudre de lycopode est constituée des
sphères de dimensions égales ( ce qui est le cas en moyenne) :
chaque grain dispersées aléatoirement ( un arrangement régulier
provoquerait des interférences ! ) vont alors donner une même figure de diffraction.
Les figures de diffraction identiques vont alors se superposer, rendant la figure plus intense.
III- Le dispositif à mettre en place
1. Vous placerez une plaque sur lequel nous avons déposé quelques grains de lycopode
perpendiculairement au laser à une distance, que l'on notera, de l’écran.
2. Vous schématiserez le dispositif en le légendant.
Indiquez tous les paramètres et leurs valeurs.
Vous pouvez aussi prendre une photo et un dispositif pour déterminer l'échelle de la photo
partie Ondes et propriétés
TP Diffraction
3. Vous mesurerez avec précision la dimension non pas de la tache d’Airy mais de la
1ére extinction càd du 1er anneau sombre.
IV – INTERPRETATION et ANALYSE à faire à la maison si vous manquez de temps !
L’angle
du premier anneau sombre de la tache d’Airy est donné par :
où est la longueur d’onde de la lumière diffractée et D le diamètre de l’objet diffractant
1. A l’aide de vos mesures et de ces considérations géométriques du montage , vous
déterminerez la dimension des grains quasi-sphériques de lycopodes.
2. Comparez vos valeurs ( la moyenne des valeurs trouvées par les différents groupes ) à
celle obtenue au Microscope électronique ci -contre.
Un calcul d’Incertitude relative et de répétabilité est attendue
100 m
3. Indiquez les sources d’erreurs possibles.
4. Indiquez les moyens pour améliorer vos résultats et si possible mettez-en un en œuvre.
5. Estimer votre incertitude sur la mesure de a
Pour aller plus loin : http://www.areelis.fr/documentation-techniques-de-mesure-laser-53.html