tp : diffraction de la lumiere

TP : DIFFRACTION DE LA LUMIERE
But : mise en évidence du phénomène de diffraction (en lumière monochromatique) et influence de la taille
de l’objet diffractant ; vérification de la relation  = /a ; application à la mesure de l’épaisseur d’un cheveu.
La diode laser délivre une lumière monochromatique de longueur d’onde  = 650 nm.
Attention ! La rétine de l’œil est détruite si le faisceau laser pénètre dans l’œil.
Prendre garde aux réflexions parasites (éloigner les objets métalliques: règles, montres et bijoux).
 Étude qualitative : diffraction par une fente de largeur variable, un fil, un trou, un voilage.
 Étude quantitative : diffraction par une fente :
Comparer les figures de diffraction dans le cas d’une fente et dans celui d’un fil.
1) Influence de la largeur a de la fente :
La fente se trouve très près du laser et
à une distance D =
m de l’écran (1,5 m à 2 m).
Soit L la largeur de la tache centrale de diffraction.
Pour les différentes valeurs de a, mesurer L
(ou bien 2L, en considérant les 3 taches centrales).
L’écart angulaire  de la tache centrale
est sa demi-largeur angulaire.
Montrer que l’écart angulaire vaut  =
L
2D
(en supposant pour les angles petits : tan    (en radians)).
 Calculer  (L et D doivent avoir la même unité).
Y a-t-il proportionnalité entre  et a ?

 Quelle courbe tracer pour valider la relation  = ?
a
– La tracer et l’exploiter en montrant que cette courbe est une droite passant par l’origine et que
son coefficient directeur est égal à la longueur d’onde  = 650 nm de la lumière du laser.
– Quelles autres méthodes aurait-on pu utiliser pour valider la relation ?
a (µm)
400
280
120
100
50
40
cheveu
(a?)
L (cm)
 (rad) =
L
2D
2) Détermination de l’épaisseur d’un cheveu :
On suppose qu’un fil et une fente de même largeur donnent la même figure de diffraction.
Mesurer la largeur L de la tache centrale de diffraction et utiliser la courbe précédente pour en
déduire le diamètre a du cheveu ; donner le résultat en µm et en mm.
Évaluer la précision sur cette détermination.
Quelle autre courbe aurait-on pu tracer pour déterminer le diamètre du cheveu ?