La lumière modèle ondulatoire

CHAPITRE 3 : LA LUMIERE. MODELE ONDULATOIRE
LE MODELE ONDULATOIRE DE LA LUMIERE
• La lumière se comporte comme une onde, appelée onde
électromagnétique. Une radiation lumineuse peut se propager dans le vide
ou dans un milieu matériel. Dans le vide, la célérité de la lumière est
c = 3,00 •108 m.s-1. La longueur d'onde dans le vide λo et la fréquence F
d'une onde lumineuse sont liées par la relation:
c
λo = F
• La fréquence de l'onde lumineuse détermine sa couleur, quel que soit le
milieu dans lequel elle se propage. La fréquence, et donc la couleur du
rayonnement, sont imposées par la source lumineuse.
• Une onde lumineuse qui ne présente qu'une seule fréquence est dite
monochromatique. Une onde lumineuse qui présente plusieurs fréquences
est une onde polychromatique.
MILIEUX DE PROPAGATION
Connaissances et savoir-faire
Savoir que, étant diffractée, la lumière peut être
décrite comme une onde.
Connaître l’importance de la dimension de
l’ouverture ou de l’obstacle sur le phénomène
observé.
Exploiter une figure de diffraction dans le cas
des ondes lumineuses.
Connaître et savoir utiliser la relation λ = c/v
la signification et l’unité de chaque terme.
Connaître et utiliser la relation θ =λ/a, la
signification et l’unité de chaque terme.
Définir une lumière monochromatique et une
lumière polychromatique.
Connaître les limites des longueurs d’onde
dans le vide du spectre visible et les couleurs
correspondantes.
Situer les rayonnements ultraviolets et
infrarouges par rapport au spectre visible.
Savoir que la lumière se propage dans le vide
et dans les milieux transparents.
Savoir que la fréquence d’une radiation
monochromatique ne change pas lorsqu’elle
passe d’un milieu transparent à un autre.
Savoir que les milieux transparents sont plus
ou moins dispersifs.
Définir l’indice d’un milieu transparent pour
une fréquence donnée.
Savoir-faire expérimentaux
Réaliser un montage permettant de mettre
en évidence le phénomène de diffraction
dans le cas d’ondes lumineuses.
Réaliser des mesures permettant de vérifier
la pertinence de la relation θ =λ /a.
• La célérité d'une onde lumineuse dépend du milieu dans lequel elle se
propage. Dans un milieu transparent, l'indice de réfraction n est défini par
le rapport entre la célérité c de l'onde lumineuse dans le vide, et la célérité v
de l'onde dans le milieu considéré. C'est une grandeur sans unité, supérieure
c
à 1.
n=
v
• Dans les milieux non dispersifs, l'indice du milieu est indépendant de la
fréquence. Dans les milieux dispersifs, la célérité d'une onde lumineuse
monochromatique dépend de la fréquence. L'indice de réfraction du milieu
dépend de la fréquence, donc de la longueur d'onde dans le vide et de la couleur de la radiation monochromatique.
SPECTRE DE LA LUMIERE
• Le spectre d'une onde lumineuse est
constitué de raies, correspondant aux
différentes radiations monochromatiques
qui composent l'onde. Le spectre de la
lumière blanche est continu, et constitué d'une infinité de raies. C'est la portion
du spectre électromagnétique limitée par les longueurs d'onde dans le vide 400 nm et 800 nm.
L/2
L/2
L
L/2
L/2
DIFFRACTION
• La diffraction d'une onde lumineuse monochromatique de longueur
d'onde λo par une fente (ou un fil) de largeur a, provoque un faisceau
λo
de demi-largeur angulaire: θ =
a
• La diffraction d'une onde lumineuse polychromatique par une fente
(ou un fil) de largeur a, provoque des faisceaux qui se superposent. Ils
créent des irisations de part et d'autre de la tache centrale de
diffraction, qui est blanche.
Les traits noirs
représentent les
franges lumineuses.
Les distances L et
L/2 sont mesurées
entre les milieux de
2 franges sombres
consécutives
θ
Fente de largeur a