1 À PROPOS DE LA LUMIÈRE 1. PREMIÈRE EXPÉRIENCE On

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À PROPOS DE LA LUMIÈRE
1. PREMIÈRE EXPÉRIENCE
On place perpendiculairement au faisceau lumineux et à quelques centimètres du laser, une fente fine
et horizontale de largeur a. Un écran situé à une distance D de la fente, montre des taches lumineuses
réparties sur une ligne verticale. La tache centrale plus lumineuse que les autres, est la plus large (voir
figure 1 donnée en ANNEXE, à rendre avec la copie).
1.1. Quel phénomène subit la lumière émise par le laser dans cette expérience ?
1.2. L’angle  (de la figure 1) est également donné par la relation :  =
a
λ relation (1)
Avec  la longueur d’onde et a la largeur de la fente (en m)
1.2.1. Préciser l’unité de la longueur d’onde  intervenant dans cette relation.
1.2.2. A partir de la relation (1) et en vous aidant de la figure 1 donnée en annexe, en déduire
comment évolue la largeur de la tache centrale lorsqu’on réduit la largeur de la fente ? La tache
augmente-t-elle lorsque la largeur a de la fente diminue ? Ou bien inversement ? Bien justifier la
réponse.
1.2. En vous aidant de la trigonométrie, en vous aidant de la figure 1 donnée en annexe, exprimer tan 
en fonction de la largeur de la tache centrale et de la distance D.
Attention, le triangle ABC est rectangle en B.
Remarque. Si vous ne savez pas faire cette question, vous pouvez poursuivre. Il n’est pas utile d’y
répondre pour la suite du sujet.
L’angle  étant faible, on pourra utiliser l’approximation tan  . De la question précédente, on peut en
déduire la relation  =
2.D
. On note cette relation : relation (2)
1.4. En utilisant les relations (1) et (2), montrer que la largeur a de la fente s’exprime par le relation :
a =
2 D
.
Si vous n’avez pas réussi à trouver cette formule, vous pouvez l’utiliser pour la suite de la
question.
Calculer a (attention aux unités). On donne : = 38 mm D = 3,00 m et  = 633 nm
2. DEUXIÈME EXPÉRIENCE
On utilise dans cette expérience, comme milieu dispersif, un prisme en verre d’indice de réfraction n
(voir figure 2 en ANNEXE à rendre avec la copie).
On dirige, suivant une incidence donnée, le faisceau laser vers l’une des faces du prisme placé dans
l’air. On observe que ce faisceau est dévié. Un écran placé derrière le prisme montre un point
lumineux de même couleur (rouge) que le faisceau incident.
2.1. Quelle est la nature de la lumière émise par le laser ? S’agit-il d’une lumière monochromatique ou
polychromatique ? Justifier votre réponse.
2.2. L’indice de réfraction du verre pour l’onde utilisée est n = 1,61.
2.2.1. Rappeler la relation qui lie l’indice de réfraction n d’un milieu à la célérité c de la lumière dans le
vide et sa vitesse v dans le milieu considéré.

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2.2.2. Donner la valeur de la célérité de la lumière dans le vide en unité officielle.
2.2.3. Des réponses données aux deux questions précédentes, en déduire la valeur de la vitesse v
de la lumière dans le milieu considéré On donne le résultat en notation scientifique et en
respectant le nombre de chiffre significatif.
2.3. Faire apparaître sur la figure 2 (donnée en ANNEXE à rendre avec la copie), les notions d’angle
d’incidence, de réfraction, de normale, de surface de séparation, lors du passage du rayon laser de l’air
dans le verre du prisme.
2.4. Le rayon du laser aborde la surface du prisme avec un angle de 40° par rapport à la surface de
séparation air-verre. En déduire la valeur de l’angle de réfraction. Bien développer tous les calculs. On
rappelle que l’indice de réfraction du verre pour l’onde utilisée est n = 1,61. On donne le résultat avec
trois chiffres significatifs.
3. TROISIÈME EXPÉRIENCE
On remplace la lumière du laser par une lumière blanche (figure 3 donnée en ANNEXE à
rendre avec la copie).
3.1. Des spectres données sur les figures 5, 6 et 7 (données en ANNEXE à rendre avec la copie)
laquelle observe-t-on sur l’écran ?
3.2. Placer sur l’axe horizontal (figure 4 donnée en ANNEXE à avec la copie), les 3 domaines suivants :
Infra rouge, UV, visible,.
Préciser les valeurs limites des longueurs d’onde dans le vide du spectre visible en précisant les couleurs
limites concernées.
3.3. Les traits en pointillé (figure 3) correspondent aux trajets de deux rayons lumineux de couleurs
respectives rouge et bleu. Tracer, en les identifiant clairement, ces deux rayons. On précise que la
déviation d augmente quand la longueur d’onde diminue.
4. QUATRIEME EXPÉRIENCE.
Lors d'une séance de travaux pratiques, des élèves utilisent une lampe à
vapeur de mercure.
Les élèves réalisent la dispersion de la lumière émise grâce à un prisme
en verre.
On obtient le spectre (figure 5 donnée en ANNEXE à rendre avec la
copie).
4.1. Comment peut-on qualifier ce spectre ? Spectre d’émission ou
d’absorption ? Continue ou de raies ?
4.2. Représenter l’allure du spectre d’absorption du mercure sur la
figure 6 (donnée en ANNEXE à rendre avec la copie).
Soyez le plus précis possible.
4.3. La lumière d’une étoile présente le spectre suivant (figure 7 donnée en ANNEXE à rendre avec
la copie).
4.3.1. Comment interpréter la présence de raies noires ?
4.3.2. L’atmosphère de cette étoile contient-elle du mercure ? d’autres éléments chimiques ?
Justifier vos réponses.
Lampe à
vapeur
de mercure
lentille
prisme

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ANNEXE (À RENDRE AVEC LA COPIE)
prisme
déviation
d
FIGURE N°2
écran
prisme
FIGURE N°3
écran
Lumière blanche
A B
C

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FIGURE N°4
FIGURE N°5
FIGURE N°6