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TP 6_Diffraction de la lumière
M.Meyniel 1/2
Objectifs : - Observer des phénomènes de diffraction.
- Rechercher les facteurs ayant une influence sur la figure de diffraction :
* en déduire la largeur d’une fente fine à l’aide d’un laser de longueur d’onde connue,
* en déduire la longueur d’onde d’un laser à l’aide d’une fente fine de largeur connue.
Quelle formule permet de donner l’expression de la largeur de la tache centrale de diffraction
en fonction des paramètres du dispositif mis en place ?
I. Observation d’un phénomène lié au laser.
Document 1 : Le phénomène de diffraction
Quand une onde rencontre un obstacle possédant une ouverture « a », celle-ci réémet l’onde dans toutes les directions
possibles. Il s’agit du phénomène de diffraction. Toutes les grandeurs (fréquence, longueur d’onde, célérité) sont conservées.
Seule la direction de propagation change avec un étalement.
Ce phénomène, caractéristique des ondes, n’est perceptible que si la taille de l’ouverture est proche ou inférieure à celle de la
longueur d’onde λ : houle à l’entrée d’un port, ondes sonores à travers une porte …
Document 2 : Diffraction des ondes lumineuses par une fente fine
On utilise un LASER (Light Amplification by Simulated Emission of Radiation)
émettant une lumière de longueur d’onde λ. On dispose une fente fine verticale de
largeur a dans le trajet lumineux et l’on observe sur un écran, situé à une distance D
de la fente, la figure de diffraction obtenue avec le passage de l’onde lumineuse
monochromatique à travers la fente fine.
La largeur L de la tache centrale varie lorsque l’on fait varier : - la distance D entre la fente et l’écran,
- la longueur de l’onde lumineuse λ,
- la largeur a de la fente.
1. Par analogie phénoménologique, préciser la nature de la lumière.
2. A quelle condition doit satisfaire l’ouverture a de la fente pour observer ce phénomène ?
3. a. Préciser sur le schéma ci-contre, les
différentes grandeurs rencontrées dans les
documents.
b. Indiquer comment mesurer la largeur de
la tache centrale L avec précision sachant
que la tache centrale est deux fois plus étalée
que les autres taches.
4. A partir du dispositif mis en place, un élève propose plusieurs formules afin de répondre à l’interrogation
initiale avec k une constante sans dimension.
Parmi les différentes formules, lesquelles peut-on éliminer par une simple analyse dimensionnelle ?
II. Etude quantitative des paramètres influant sur la largeur de la tache centrale.
1. Influence de la largeur de la fente a.
Installer correctement laser, fente et écran afin de réaliser des mesures précises.
Le banc servant de règle, fixer la distance D entre la fente et l’écran à 1,50 m.
Faire varier la largeur a de la fente et mesurer la distance L correspondant à la largeur de la tache centrale pour
compléter le tableau ci-dessous.
Largeur de la fente : a (μm)
Largeur de la tache centrale : L (mm)
Diffraction de la lumière