TP P02 : Diffraction de la lumière

Partie A : Propagation d’une onde ; ondes progressives
TS φ Chap 03
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TP : DIFFRACTION DES ONDES LUMINEUSES
Objectifs :
- Observer le phénomène de diffraction dans le domaine de l’optique.
- Etablir la loi de la diffraction.
- Faire une application : déterminer expérimentalement la longueur d'onde  de la lumière émise par un laser.
I – ETABLISSEMENT EXPERIMENTALE DE LA LOI DE DIFFRACTION
Matériel : un laser, un écran blanc, un support de diapositives, des fils calibrés de diamètres différents exprimés en
micromètre (µm) : 40, 60, 80, 100 et 120.
1. Eclairer l'écran (feuille de papier blanc fixée au mur) avec un faisceau laser. La distance entre l'écran et la
source laser doit être de l'ordre de 1,50 à 2 mètres. Elle doit rester constante pendant toute la durée de la
manipulation. La mesurer soigneusement.
2. Placer le fil de 100 µm monté sur support entre la source et l'écran à 10 cm de la source laser. Faire le schéma
du dispositif en y indiquant les distances importantes.
3. Observer les taches lumineuses obtenues sur l'écran. En faire un schéma descriptif.
4. Quelle est la direction des tâches centrales par rapport à la direction du fil ?
5. Repérer les milieux des deux zones sombres encadrant la tache centrale (on admettra que la distance entre ces
deux milieux représente la largeur de la tache).
6. Remplacer ce premier fil par les suivants et consigner els résultats sous regressi : a désignera le diamètre d'un
fil et d la largeur de la tache centrale.
7. faites tracer par regressi la courbe représentative de la fonction d = f(1/a).
II – APPLICATION : DETERMINATION DE LA LONGUEUR D'ONDE DE LA LUMIERE EMISE PAR LE LASER
Dans cette partie pour plus de précisions, on remplace la feuille de papier par une web cam
1. ôter l’objectif de la webcam en le dévisant. La figure de diffraction sera alors visualisée directement sur la
barrette CCD (capteur photographique) à la bonne échelle (sinon l’objectif fait une image de la figure ce qui
modifie tous les résultats.
2. interposer un filtre (bleu ou vert ou jaune) pour éviter la saturation de la barrette.
3. cliquer sur philips camsuite capture et visualisez la figure de diffraction. faites en sorte d’obtenir sur
l’écran le pic central et deux pics secondaires :
*
Pics secondaires
Pics secondaires
Pic central

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4. enregistrer l’image obtenue
5. dans regressi faites fichier → nouveau → REGAVI. Et choisissez lecture d’une intensité lumineuse
6. charger la photo que vous aviez sauvegardée.
vous obtenez la répartition mesurée de l’intensité lumineuse en fonction de la position : un gain considérable en
précision.
7. sachant que la longueur de la barrette est de ………..cm, définir l’échelle de l’image.
8. exporter sous regressi en appuyant sur l’icône correspondante.
9. sous regressi, il est maintenant possible de mesurer précisément les positions des pics (intensités max) et des
zéros (intensité nulle) grâce au réticule.
10. Soit  l'angle défini comme l'indique le schéma ci-contre.
Si  est petit (< 10°) et exprimé en radian on peut écrire tan   (rad).
 montrer que
D
d
2
11. la loi de la diffraction est :
a
 en déduire l’expression de d en fonction de D, et a.
 en déduire la valeur de et comparez avec la donnée
constructeur (écart relatif)
12. encore plus de précision.
Si vous avez le temps (si le temps écoulé est < 1h15 depuis le début du TP)
Les angles correspondants à des intensité nulles sont séparés de /a.
Donc sur « l’écran » les pics secondaires sont tous distants de D/a.
Utilisez cette propriété pour mesurer encore plus précisément .
D
d
2
D/a
4
D/a
6
D/a