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T.P. P3 : Diffraction des ondes mécaniques et lumineuses
Objectif : Dégager les similitudes et différences entre diffraction des ondes ultrasonores et lumineuses
I.- Cas de l’onde progressive ultrasonore
C.1. : On s’intéresse à la diffraction de l’onde ultrasonore dont on a mesuré au dernier T.P. la longueur d’onde : λ = 9,1 mm.
1) Montage expérimental
E.2. : Réaliser le montage suivant :
E.3. : Placer l’émetteur E, connecté à la voie YI de
l’oscilloscope à environ 15 cm en face du récepteur R
connecté à la voie YII de façon à observer un signal
reçu d’amplitude maximale. On appelle d = OR la
distance constante représentée sur la figure. On place
deux écrans comme indiqué sur la figure pour créer une
fente de largeur a. on appelle α l’angle entre EO et OR.
2.1. : α
αα
α = 70 ° ; sans écrans
S.4. : Faire le schéma correspondant.
E.5. : Relever l’amplitude du signal reçu :
U
Rm
= . . . . . . . V
2.2. : α
αα
α = 70 ° ; fente relativement très fine : a = λ
λλ
λ/10
S.6. : Faire le schéma correspondant.
E.7. : Relever l’amplitude du signal reçu :
U
Rm
= . . . . . . . V
Q.8. : Comparer ces deux expériences. En quoi mettent-
elles en évidence le phénomène de diffraction ?
2.3. : fente relativement fine : a = 2,86 λ
λλ
λ
S.9. : Faire le schéma correspondant.
E.10. : Placer le récepteur en face de l’émetteur et relever l’amplitude U
Rm
(α = 0). Faire varier α par pas de 5 ° entre -40 ° et + 40 °, d
restant constant. Remplir le tableau ci-dessous.
α
αα
α (°) 0 5 10 15 20 25 30 35 40
U
(V)
E.11. : Tracer la courbe U
Rm
= f (α). Que remarque-t-on ? Pourquoi ne fait-on pas de mesure pour
α
> 40 ° ?
E12. : Soit θ, appelé ouverture angulaire, l’angle correspondant à la première frange de diffraction (le premier minimum d’intensité).
A l’aide de la courbe précédente, déterminer θ.
S.13. : Faire un schéma pour montrer l’angle θ.
Q.14. : Pourquoi est-il plus facile de mesurer l’angle 2θ ?
Q.15. : Vérifier que θ = λ/a.
2.4. : α
αα
α = 70 ° ; fente relativement large : a = 9,5 λ
λλ
λ
S.16. : Faire le schéma correspondant.
E.17. : Relever l’amplitude du signal reçu.
Q.18. : Comparer les résultats des 2.1., 2.2., et 2.4. Conclure.
II.- Cas de l’onde progressive lumineuse
1) Consignes de sécurité
C.19. : On dispose comme source de lumière d’un laser produisant un faisceau de lumière rouge de faible section et de longueur
d’onde λ = 628 nm (on supposera que l’onde lumineuse se comporte de manière analogue à l’onde mécanique progressive).
Attention : le faisceau laser est une onde lumineuse extrêmement énergétique et ne doit en aucun cas entrer dans l’œil sous
peine de lésions irréparables de la rétine. Pour cela, on respectera scrupuleusement les règles de sécurité suivantes :
- Ne jamais diriger le faisceau laser vers les yeux (les siens ou ceux d’autrui)
- L’écran doit toujours être placé à côté du mur et parallèlement à celui-ci de manière à ce que le faisceau laser soit toujours
dirigé vers le mur (en tournant le dos à l’allée centrale).
- les mesures sur l’écran doivent être réalisées en tournant le dos au laser.
0
10
20
30
40
50
60
70
80 90
Ecran 1
Ecran 2
O
Emetteur US
Récepteur