TP d`Optique

Universit´e Paris-7 Denis-Diderot
PR´ EPARATION ` A
L’AGR´ EGATION INTERNE
DE PHYSIQUE-CHIMIE
2015-2016
TP d’Optique
´
Etienne ROLLEY
Jacqueline GOUZERH
Thomas COUDREAU
Christophe COSTE
Frederick BERNARDOT
7 septembre 2015

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Table des mati`eres
I Optique g´eom´etrique 9
I.1 Butdesexp´eriences ................................... 9
I.2 Mat´eriel.......................................... 9
I.2.1 Sourcesdelumi`ere................................ 10
I.2.2 Lentilles...................................... 11
I.2.3 Filtres....................................... 11
I.2.4 ´ Ecransdeprojection............................... 12
I.3 Projectionsurun´ecran ................................. 12
I.3.1 Projection d’un petit trou . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
I.3.2 Projection d’un objet transparent non diffusant, int´erˆet du condenseur . . . 13
I.3.3 Projection d’un objet diffusant . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
I.4 Quelques propri´et´es des instruments d’optique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
I.4.1 Grossissement et puissance d’une loupe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
I.4.2 Mesure du grossissement d’un microscope commercial . . . . . . . . . . . . . 15
I.4.3 Diaphragmes de champ et d’ouverture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
I.4.4 Influence de la diffraction sur le pouvoir s´eparateur . . . . . . . . . . . . . . 17
I.4.5 Aberrations des lentilles sph´eriques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
II Goniom´etrie 21
II.1 Usagesd’ungoniom`etre ................................. 21
II.2 R´eglagedugoniom`etre.................................. 21
II.2.1 R´eglage de la lunette `a l’infini . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
II.2.2 R´eglage du collimateur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
II.2.3 R´eglage de la plate-forme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
II.3 ´ Etudeduprisme ..................................... 25
II.3.1 Mesure de l’angle d’apex . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
II.3.2 ´ Etudedelad´eviation .............................. 25
II.3.3 ´ Etude de la dispersion du prisme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
II.4 ´ Etude d’un r´eseau de diffraction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
II.5 Spectroscopie....................................... 26
II.5.1 ´ Etude du doublet du sodium . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
II.5.2 Mesure de longueurs d’onde . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
II.5.3 ´ Etude d’un spectre cannel´e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
III Spectroscopie 29
III.1 G´en´eralit´es ........................................ 29
III.2 Montagedebase ..................................... 30
III.2.1 ´ Etude des limitations du pouvoir de r´esolution . . . . . . . . . . . . . . . . 30
3

4TABLE DES MATI ` ERES
III.2.2 ´
Etude d’un r´eseau de diffraction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
III.3 Obtentiondespectres .................................. 31
III.3.1 Spectresderaies ................................. 31
III.3.2 Spectres d’absorption . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
III.3.3 Spectrecannel´e.................................. 32
III.4 Rayonnement d’une lampe `a incandescence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
IV Diffraction - Interf´erences 35
IV.1 Mat´eriel.......................................... 35
IV.2 Diffraction ........................................ 35
IV.2.1 Qu’est-ce que la diffraction de Fraunhofer ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
IV.2.2 Observation et caract´erisation de la diffraction de Fraunhofer . . . . . . . . 37
IV.2.3 Filtrageoptique ................................. 37
IV.2.4 Diffraction de Fraunhofer/Diffraction de Fresnel . . . . . . . . . . . . . . . . 38
IV.3 Interf´erences ....................................... 38
IV.3.1 Fentes d’Young (partage de front d’onde) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
IV.3.2 Franges d’´egale ´epaisseur (partage d’amplitude) . . . . . . . . . . . . . . . . 39
IV.3.3 Anneaux de Newton (partage d’amplitude) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
IV.4 Interf´erom`etre de Michelson . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
IV.4.1 R´eglages - Obtention des franges . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
IV.4.2 Exp´eriences en configuration ”miroirs parall`eles” (franges d’´egales inclinaisons) 41
IV.4.3 Franges du coin d’air (franges d’´egales ´epaisseurs) . . . . . . . . . . . . . . . 42
IV.4.4 Spectroscopie par transform´ee de Fourier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
V Polarisation 47
V.1 Bibliographie ....................................... 47
V.2 Conseils pour les manipulations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
V.3 Production de lumi`ere polaris´ee . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
V.3.1 Feuilles polarisantes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
V.3.2 R´eflexion ..................................... 48
V.3.3 Bir´efringence ................................... 49
V.3.4 Diffusion ..................................... 51
V.4 LoideMalus ....................................... 51
V.5 Exp´erience de Fresnel et Arago . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
V.6 Lamescristallines..................................... 52
V.6.1 Lignesneutres .................................. 52
V.6.2 Polarisation de la lumi`ere transmise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
V.7 Analysed’unevibration ................................. 54
V.7.1 Polarisation rectiligne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
V.7.2 Polarisation circulaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
V.7.3 Polarisation elliptique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
V.8 Polarisation rotatoire (ou activit´e optique) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
V.8.1 Anglederotation................................. 56
V.8.2 Couleursd’unelame ............................... 56
V.8.3 Spectrecannel´e.................................. 57
V.9 Lumi`ereconvergente................................... 57

TABLE DES MATI ` ERES 5
V.9.1 Lamecristalline.................................. 57
V.9.2 Transparent pour r´etroprojecteur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
V.10 Annexes.......................................... 58