prg-colles-3-pcsi

PCSI 2016-2017
Programme de colles
sciences physiques
Semaine 3 du 3 octobre
SP_bloc 2_C1 :
Propagation d'un signal (en exercice)
Plan du cours
SP_bloc 2_C2 :
Interférences - Diffraction (en cours et exercices)
1. Superposition de 2 signaux sinusoïdaux de même fréquence
1.1. Présentation du phénomène d'interférence
1.2.Condition d'interférence
1.3. Somme de 2 signaux sinusoïdaux par la méthode de Fresnel
a) Représentation de Fresnel d'une grandeur sinusoïdale
b) Somme de 2 grandeurs sinusoïdales de même pulsation
c) Application : somme de 2 signaux en quadrature (exemple de cours 1)
1.4.Interférences constructives ou destructives
a) Dispositif étudié
b) Observations
c) Interprétation : interférences constructives-interférences destructives
d) Mise en équation du phénomène
2. Superposition de 2 signaux sinusoïdaux de fréquences voisines : phénomène
de battement
2.1.Définitions
2.2.Cas de 2 signaux d'amplitude égale
2.3.Cas de 2 signaux d'amplitude différente
3. Ondes stationnaires mécaniques
3.1.Superposition de 2 ondes se propageant un sens contraire
a) Conditions d'obtention d'une onde stationnaire
b) Résonance
3.2.Expérience de la corde de Melde
a) Dispositif expérimental
b) Étude des modes propres
c) Application (exemple de cours 2)
3.3.Étude mathématique des ondes stationnaires
a) Expression générale
b) Détermination des modes propres en considérant une onde incidente du type Ym(x,t) = A
cos (ωt – kx)
c) Importance des modes propres
4. Diffraction à l'infini
1

4.1.Observation du phénomène
4.2.Condition de diffraction
4.3.Exemple de diffraction dans la vie courante
4.4.Diffraction par une fente
4.5.Effets de la diffraction sur la propagation et la focalisation d'un faisceau laser
a) Divergence
b) Focalisation
SP_bloc 3 (optique géométrique)_C1 :
Propagation de la lumière (en cours uniquement)
1. Les 2 modélisations de la lumière
1.1.Qu'est-ce que la lumière ?
1.2.Le modèle corpusculaire
1.3.Le modèle ondulatoire
2. Exemples de sources de lumière
2.1.La lampe spectrale
2.2.Le laser
2.3.La lampe à incandescence classique
3. Polarisation de la lumière
3.1.La lumière:onde électromagnétique
3.2.Polarisation de la lumière
a) La lumière non polarisée
b) La lumière polarisée rectilignement
c) Principe d'un polariseur
4. Loi de Malus
SP_bloc 3_C2
Lois générales de l'optique géométrique (en cours uniquement)
1. Approximation de l'optique géométrique
1.1.Définition
1.2.Rayon lumineux
2. Propagation rectiligne de la lumière
2.1.Principe de Fermat
2.2.Vérification expérimentale de la propagation rectiligne
2.3.Limites de la propagation rectiligne
a) Cas d’un milieu non homogène : expérience du mirage
b) Limitation due aux dimensions d'ouverture: expérience de diffraction
2.4.Principe d'indépendance des rayons lumineux
2.5.Principe du retour inverse de la lumière
3. Loi de Snell et Descartes
3.1.Indice optique
3.2.Longueur d'onde dans le vide et dans un milieu d'indice n
3.3.Les 2 lois de la réflexion
a) Définitions
2

b) Énoncés
3.4.Les 2 lois de la réfraction :
a) Définitions
b) Énoncés
c) Cas où n2 > n1 réfraction du type : air → eau SF
d) Cas où n1 > n2, réfraction du type : eau → air
e) Application (exemple de cours)
Les questions de cours possibles
1. Présenter la méthode de Fresnel puis l'appliquer à l'exemple de cours 1
SP_B2_C2
2. Donner les conditions générales d'interférence de 2 ondes sinusoïdales.
Dans une cuve les deux sources O1 et O2 génèrent une onde d'amplitude
YO(t)= Acos (2π
Tt)
, établir l'expression de l'onde résultante en un point M
à la distance d1 de la source S1 et d2 de la source S2. Exprimer l'onde résultante dans le cas
d’interférences constructives ou destructives .
3. Expliquer le phénomène de battements. S'appuyer sur une mise en équation puis un graphe.
4. Donner les Conditions d'obtention d'une onde stationnaire.
Décrire une onde stationnaire observée par stroboscopie sur la corde de Melde .
Définir les modes propres puis exprimer les fréquences des modes propres connaissant la
célérité et la longueur de la corde.
Quelle est l'importance de ses modes propres ?
5. Refaire l'exemple de cours 2 SP_B2_C2
6. Quelles conditions expérimentales permettant de mettre en évidence le phénomène de
diffraction en optique ou en mécanique. Quelles sont les conséquences de la diffraction sur la
focalisation et sur la propagation d’un faisceau laser.
7. Caractériser une source lumineuse par son spectre. Expliquer la polarisation de la lumière.
Énoncer la loi de Malus.
8. Définir le modèle de l’optique géométrique et indiquer ses limites. Définir l'indice d’un
milieu transparent. Relier la longueur d’onde dans le vide et la longueur d’onde dans le milieu.
Relier la longueur d’onde dans le vide et la couleur.
9. Énoncer les lois de Descartes. Établir la condition de réflexion totale.
10. Faire l'exemple de cours SP_B3_C2
3
O1O2