Correction des exercices du livre

Exercice 3 page 78
1. Non. Si c’étai t le cas, on observerait l’ombre du cheveu ou le faisceau laser li mi té par la fente.
2. La di mensi on de ces obj ets est voi sine ou inférieur e à la longueur d’ onde du laser.
3. λ et D étant fi xés, la larg eur de la tache central e de diffraction d est in versement propor tionnell e à la dimension
de l’obs tacle a (d = 2D*λ/a). Comme dfente< dfil alors afente > afil
Exercice 5 page 78
1. Voir ci-contre.
2. On obtient une droi te q ui passe par l’ origine. En effet, on sait que
θ = λ/a donc pour λ fixée, θ est bi en prop orti onnel à (1/a).
3. Pour θfil = 2,5.10-3 rad, on lit sur le graphique : 1/afil = 3, 8.103 m-1
Donc : afil = 2,6.10-4 m
4. Er = (valeur mesurée – valeur attendue) / valeur attendue
AN : Er = ( 0,26 - 0,25)/0,25 = 4, 0.10-2 (= 4,0 %)
L’écart rela tif est rais onnab le pour une exp érience en lycée (Er <5%).
La mesure est en accord avec la valeur ann oncée par l e c onstructeur.
Exercice 6 page 78
1. Par définiti on : λ = v/f AN : λ = 340/500 = 0,680 m
2. Car la di mensi on a de l’ obstacle (=ou verture ) est d u même ordr e de grandeur que λ .
3. Par définiti on : θ = λ/a AN : θ = 0,680/0, 80 = 0,85 rad
4. Angle for mé entre Auréli en et l e centre de la p orte : tan θAurélien = 0,90/1,1 donc θAurélien = 0, 68 rad
Sachant que θAurélien < θ al ors Auréli en es t situé avant la pre mière zone d’extinction et il entend donc le s on.
5. Les longueurs d’onde d e la lumièr e s ont comprises entre 400 et 800 nm. Ainsi, l’ordre d e grandeur des lon gueur
d’ondes de la lumi ère est tr ès faible d evant la di mensi on de la porte => la por te ne diffracte pas la lu mièr e
On en déduit que la lu mièr e se pr opage r ectilignement et donc Aur élien est dans l’ombre de la por te.
Exercice 21 page 82
1.a. La dimension d e l’ obstacle doi t être du même ordre de grandeur ou inféri eur e à la l ongueur d’ onde .
1.b. On mesure a = 10 cm et λ = 5 cm => même ord re de grandeur
1.b. Oui, on mesur e la même l ongueur d’onde λ = 5 c m a vant et apr ès l’ obstacl e.
2.a. L’écart angulaire est l e demi-angle séparant les d eux pre miers mini ma d’a mplitude.
2.b. V oir ci-c ontre.
2.c. θ = λ/a
Ici : θ = 5/10 = 0,5 rad
Avec l e rapp orteur on mesure sur la figure un angle d e 29°, soit 0, 51rad
=> la relati on est vérifi ée
3.a. Il s’agit du phén omène d’interfér ences.
3.b. Le point A corresp ond à un maxi mu m d’a mplitud e : c’est une z one d’interfér ences constru ctives.
Chap3 - CORRECTİON DES EXERCİCES

Exercice 12 page 80
1. Rép onses a et c
2. Réponse b
3. Rép onses a et c
Exercice 13 page 80
1. Syl vain es t l’émetteur, Morgane et Nadia, les récepteurs.
2. S ylvain s’éloigne de Mor gane, la l ongueur d’onde (d istance entre d eux fronts d ’onde consécutifs) est plus grande
et la fréquence perçue par Morgane est plus peti te (f = v/l).
Sylvain s’approche de Nadi a, la longueur d’onde (distance entre deux fronts d’on de cons écutifs) est plus petite et la
fréquence perçue par Nadi a est plus grande.
Exercice 14 page 80
1.a. fr est la fr équence p erçue par le récepteur, fe est la fréquence de l’ émetteur, v est la cél érité de l’ onde et u est la
vitesse de l’émetteur par rapport au récepteur.
1.b. Il s’agi t des situations où l’émetteur se rapproche du récepteur (-) et où l’émetteur s’él oigne du récepteur (+).
2. a . La sirèn e s e rapproche d’Elsa d onc : fr = fe x 
2. b . La rela tion du 2.a s’écrit égalemen t : v - u = fe x 
 u = v - fe x 
Exercice 15 page 80
1. L’étoile A s’éloigne de la Terre, car les rai es d’absor ption sont décalées vers l es grandes longueurs d’ond e.
L’étoile B se rapproch e de l a Terre, car les rai es d’absorption sont décalées vers l es courtes l ongueurs d’ onde.
2. Le décalag e des raies est d’autant plus imp ortant q ue la vi tesse de l’étoile dans la directi on d’ observation est
élevée, donc l’ étoile A a un e vi tesse plus él evée que l’étoil e B.
Exercice 17 page 81
1. Young : int erféren ces ; Arago : int erférences ; Fresnel : diffraction ; Fizeau : effet Doppl er
2. Interférences constructives :
« la lu mière est la plus i ntense l orsque la différence de route est un mul tiple d’une certain e longueur »
Interf érences destructives :
« elle est moins intense dans l’état intermédiair e d es parties qui interf èrent » ; « Qui se fû t i maginé qu’on en
vi endrait à supp oser qu e l’obscurité p ourrait être engendrée en ajoutant de la lumière à la lumière ? »
3. Fresnel remet en cause l a propagation rectiligne de la lumi ère dans son expérience.
4. La « certaine l ongueur » est la longueur d’ onde d e l a lumièr e incidente.
5. La d étermination de la vitesse des étoiles par rapport à la Terre ou la détecti on des exoplanètes.
Exercice 22 page 82
La longueur d’onde de la houle est λ = 230 m, l’ouverture du port est de dimension a = 200 m : a < λ donc la houle
est diffractée par l’ouverture du port.
Au-delà de l’ouverture du port, la houle change donc de direction de propagation et se propage avec un angle
d’ouverture : θ= λ/a AN : θ = 230/200 = 1,15 rad (= 65,9°)
Sur le schéma, le bateau est situé à un angle de 26° par rapport à la normale donc avant le premier minimum
d’amplitude => il ressentira les effets de la houle
AN : u = 340 – 400 x  = 13,9 m.s-1
u = 49,9 km.h-1

Exercice 19 page 81
1.a. L’effet Doppler.
1.b. Définiti on : L’effet Doppler corr espond au décalage entre la fréquence fE d ’une onde émise par un émetteur E
et la fréquence fR de l’onde reçue par un récepteur R, lorsque E et R sont en mou vement l’un par rapp ort à l’autre.
Applications : radars (vitesse d’un véhicule), médecine (vitesse d’écoulement du sang), astronomi e (vi tesse des
étoil es et détection des exoplanètes)
2. La fréquence de l’ émetteur est de 1 Hz (une feuille par seconde). Lorsque l’observateur se rapproch e, il voit une
feuille toutes les d emi-secondes : la fréquence apparente est donc de 2 Hz, d’où un décalage de fréquence de 1 Hz.
3.a. L’observateur va voir défiler les feuilles moins fréquemment : la fréquence apparente va di minuer.
3.b. L’observa teur verra les feuilles fixes s’il s’éloigne à la même vitesse qu e cell e-ci, soi t 1 m.s-1.
4. Bi en que les feuilles continuent à défiler à raison d’une feuille par seconde, un observateur en mou vement l es
voi t défiler à une fr équence différente. On parl e don c de fréquence apparente.
Exercice 23 page 82
1.a. Il s’agit de l’ effet Dopp ler.
1.b. Sachant qu e f =  al ors :  =
Le rapp ort des fréquenc es donné dans l’énoncé peut donc s’écrire également :  = 
2.a. On a pour l’onde son ore : fr = fe x  AN : fr = 500 x  = 499 Hz
Pour la lu mièr e : λr = λe x  AN : fr = 550 x  = 550 nm
2.b. Non, ces varia tions sont trop faibles pour être perçues par l’ élève.
3.  =  – 1 et 
 = 
(cf 1.b)
Donc : 
 =   - 1
 = 
 u = c x  AN : u = 3,00 x 108 x 0,051 = 1,5 x 107 m.s-1
Exercice 25 page 82/83
1. L’effet Doppler cor resp ond au décalage entre la fr équence f
E d’une ond e émi se par un émetteur E et la fréquence
fR de l’ onde r eçue par un récepteur R, lorsque E et R s ont en mou vement l’un par rapport à l’autre.
2. L’émetteur est ici l’ étoil e et le récepteur est l’ observateur sur Terre.
3.a. Les rai es d’absorption provienn ent des élé ments chimiques présents dans l’ atmosphère d’une étoil e.
3.b. On évalu e le d écalage par rapport au spectre du S oleil car la distan ce Terre-S oleil est considérée constante.
4.a. D’après l’ exercice 23 (question n° 3) : u = c x 
À t1 : u = 3,00 x 108 x  = 2,32 x 104 m.s-1
À t2 : u = 3,00 x 108 x  = 6,93 x 103 m.s-1 (en valeur abs olue)
4.b. Un décalage vers le r ouge corr espond à un décalage vers le s grandes longueurs d’onde :
À l’instant t1 : Δλ = λr – λe > 0 d onc la longueur d’ond e augmente entre l’émissi on et la r écep tion
 l’étoil e s’éloigne de la Terr e.
À l’instant t2 : Δλ = λr – λe < 0 d onc la longueur d’ond e diminue entre l’émissi on et la réception
 l’étoile se rappr oche d e la Terre.