CCP Physique 2 PC 2012 — Énoncé 1/12
SESSION 2012 PCP2008
EPREUVE SPECIFIQUE - FILIERE PC
____________________
PHYSIQUE 2
Durée : 4 heures
____________________
N.B. : Le candidat attachera la plus grande importance à la clarté, à la précision et à la concision de
la rédaction. Si un candidat est ame à repérer ce qui peut lui sembler être une erreur d’énoncé, il le
signalera sur sa copie et devra poursuivre sa composition en expliquant les raisons des initiatives
qu’il a été ame à prendre.
___________________________________________________________________________________
Lescalculatrices sontautorisées
Lesdeuxproblèmes sont indépendants.
Leur poidsestapproximativement 2/3pour lepremieret1/3pour lesecond.
PROBLÈMEI
SPECTROSCOPIE
L'étude de larépartition spectralede lalumière émisepar une source ou diffusée par lesmilieux
matérielscessiteun appareillage possédant une fortedispersion associée àune bonne luminosité.
Aprèsquelquesquestionsd'ordregénéral,puisun rappeldespropriétésdu spectroscope àprisme,
on s'intéressera au principe d'un spectromètreàréseau réflecteur,de manièreàterminerl'intérêt
de celui-ci.
1) Quelquesquestionsd'ordre néral
1.1) Qu'appelle-t-on spectre lumineux ?
1.2) Pciserlabande passantede l' il humainenfonction de lalongueur d'onde dans levide puis
enfonction de lafréquence.Indiquerchaque foisla couleur associée aux bornescitées.
1.3) Donnerune finition concisede ladispersion :queleffetenfonction de quelparamètre ?
Téléchargé gratuitement sur www.Doc-Solus.fr .
CCP Physique 2 PC 2012 — Énoncé 2/12
2) Spectroscopeàprisme
Avertissement:danstout leproblème,les résultatsnumériquesconcernant lesanglesdoivent
obligatoirementêtre exprimésendegrés.
2.1) Onconsire un prisme enverre dont l'indice évolue enfonction de lalongueur d'onde
suivant laloi de Cauchy 2
b
an
!" .
Ce prisme estplongé dans l'airdont l'indice estconsiégalàl'unité.Son angle ausommet
mesure A=60 °.
Il estéclaiparun pinceaude lumière parallèleblanche,sous une incidencei=60 °parrapport à
lanormale à laface d'entedu prisme.
Lalumière émerge sous un angle)(
#
parrapportàlanormale à laface de sortiedu prisme.
Effectuerun dessin du dispositifenprécisant de quelcôtéde lanormale(vers lesommetou vers la
basedu prisme)il convient de positionnerlerayon incident pour évitertouteflexion totale.
Compléterlafigure entaillant tout letrajetsuivi parun rayon monochromatique.
Définirlesanglesutileset lesorientations adoptées,puisécrire lesformulesassociéesdu prisme.
Conclure enexprimant sin(#)enfonction de A,ietnexclusivement.
2.2) Lalongueur d'onde étant celledu rayonnement incident etson unité étant lenanomètre,les
coefficientsde Cauchy sont finispar2
)nm2,102(bet620,1a"" .
Calculerlavaleur numérique de l'indice npour un rayonnement de longueur d'onde nm578
"
correspondant aucentredu doublet jaune du mercure.
Enduire lavaleur numérique de l'angled'émergence#.
Uncalcul littéral(non demandé)conduitàl'expression suivantede ladispersion angulaire:
2
2
3
a
n
isin
1cos
Asinb2
d
d
D
$#
$"
#
".
Quelsens physique peut-on attribuerà cettegrandeur ?
Calculersavaleur numérique,exprimée en°/%m,pour =578 nm .
Enduire l'écart angulaire à l'émergence entre lesdeux raies)nm579etnm577(21
"
"
du
doubletdu mercure.
Est-il observable à travers une lunette afocalede grossissement égalà10, parun il dont lalimite
de solution (plus petit écart angulairediscernable)estde 1' (une minuted'angle)?
Téléchargé gratuitement sur www.Doc-Solus.fr .
CCP Physique 2 PC 2012 — Énoncé 3/12
3) Spectroscopeàseau flecteur échelette
3.1) Montage goniométrique
Legoniomètre étant l'instrument lemieux adapté à lamesure d'angles,on seplacera dans le casde
lafigure 1, leseauflecteur posésur laplatine.
Lalumière,issue d'une lampe spectrale estémisesous formed'un faisceauparallèlegrâce à
l'interposition d'un collimateur dont l'orifice d'enteOestaccolé à lalampe.
Une lunettede visée,autocollimatrice,permet l'observation àl'infini du faisceaufléchi.
O'
F
Collimateur
Lampe
spectrale
L2
R
L3
Lunette
O
L1
y
ui
ur
S'x'
y'
x
N.B. :LesaxesOz etO'z',non dessinés,sontperpendiculairesau plan defigure.
Oeil
Figure 1
3.1.1) Le collimateur
Confection d'un largefaisceau de lumièreparallèle,àpartird'une source ponctuelle.
Une lentilleL1enverre d'indice n(figures1et2) possède une face d'entesphérique de centre
O,de sommetSetde rayon R=OS=3cm.(ToutedonnéeNcmsous-entendra N,00 cm).
Saface de sortie estun ellipsde de sommetS',de volution autour de l'axe Oxd'un rere
orthonormé cartésien(O,x,y,z)etdont la coupe axialedans leplanxOyapour équation :
!
1
5
y
9
2x 2
2
"#
$où x etysont exprimésencm.Ona ainsiOS'=5cm.
x
34
O
1cm
y
1cm
N
MK
(1)(1)
(P)
S'
R
(n)
A
S
A'
%
L1
Figure 2
Téléchargé gratuitement sur www.Doc-Solus.fr .
CCP Physique 2 PC 2012 — Énoncé 4/12
Une sourceponctuellede lumière estsite aucentreOde laface d'ente et l'on souhaiteque tous
lesrayons émergentsMKsoient parallèlesàl'axe optique Ox.
3.1.1.a) Déterminerlescoordonnéesdu point A,puisenduire lavaleur )OA,Ox(
!"de
l'angled'ouverture du faisceauincident.
3.1.1.b)ExprimerOM2puisécrire lalongueur OMsous laformeOM=ax+b.
3.1.1.c)ExprimerladistanceMKdu point Mjusqu'auplantangent audioptre de sortie.
3.1.1.d)Sachant que lalentille estplacée dans l'air, d'indice supposé égalà celui du vide,exprimer
le chemin optique L(OMK)etmontrerque,pourune valeur particulière de l'indice nde lalentille,
ce chemin optique devient indépendant de laposition du point Msur laface de sortie.Pciserla
valeur numérique de cet indice et lalongueur du chemin optique correspondante.
3.1.1.e)Pciser, dans ce cas,lapropriété essentielledu plan(P)etconclurequantàlaformedu
faisceauémergent.
3.1.1.f) Est-il cessairede selimiteraux conditions de Gausspour atteindre l'objectiffi
initialement ?
3.1.2) Lalunette
Lalunettepossède un ticulefixe R,un oculaire assimilable à une lentillemobileL3etun
objectifàtirage glable,assimilable à une lentillemobileL2.
Initialement,laposition de lalentilleL1reste à ajusterparrapportàl'orifice Opour obtenirune
collimation àl'infini.Enoutre,on veut rendre lalunette afocalepour une visée à l'infini.
Pour effectuercesglages,on disposed'un miroirplanauxiliaire que l'on peut,lorsque cessaire,
posersur leplateau du goniomètre.
Décrire leprocessus de mise aupoint enprécisant l'ordre chronologique du placement destrois
lentilles.
3.2) Rediffusion d'uneondeplanepar desrécepteursponctuels
Consirons (figure3) une onde plane sepropageant dans levide aveclavitesse c dans lesens
d'un vecteur unitaire i
u
etadmettons qu'àception pardeux pointsmatérielsO'etM,cette
onde soitviée instantament,sans modification de fréquence,dans une direction de vecteur
unitaire r
u
(figure4). Dans toutce qui suit,on pourrafaire abstraction du phasage aucontact
despointsconsisenlesupposant identique enchacun de cespoints.
O'
"
M
H
u
O'
"
M
H
u
i
i
ui
i
r
ur
r
r
(P )
r
(P )
i
Figure 3Figure 4
Téléchargé gratuitement sur www.Doc-Solus.fr .
CCP Physique 2 PC 2012 — Énoncé 5/12
Letemps de parcours d'un pland'onde incident (Pi)àun planfrontalvié(Pr)dépend du trajet
emprunté; il estégalà O'viaO'età MviaM.Démontrerque ladifférence = M! O'apour
expression :
c
)uu(.M'Ori
!
"
#
.
Ensupposant que,dans leplan(Pr), l'étatvibratoire transmisviaO'puisse être critparune
fonction scalairetelleque )tcos(a)t(soo
$
"
,enduire,dans ce mêmeplan, lagrandeur scalaire
)t(sMassociée à l'onde qui atransitéparM.
3.3) Rediffusion delalumière reçuepar un plan sousincidence normale
3.3.1) Unmiroir,contenu dans leplan(y'O'z')d'un repère cartésien(O',x',y',z')orthonormé,est
éclaiparun faisceaulumineux monochromatique de longueur d'onde %,enincidencenormale
selon levecteur unitaire i
u
portéparl'axe desabscisses(figure5).
Commeindiqué sur lafigure 1, lerere (O',x',y',z')estdisposéselon lesmêmesbasesque cellesdu
rere (O,x,y,z).Seulel'origine O'diffère de Opartranslation lelong de l'axe desabscisses.
Onpeut imaginerque chaque atome ensurface du miroir, excitéparlerayonnement incident,se
comporte commeune sourceponctuellesecondaire cohérentequi rayonne de lalumière dans toutes
lesdirections au-dessus du miroir.
y'
x'
l/2
O'
+h/2
h/2
M
y'
l/2
ui
z'
z'
!
!
+
Figure 5
Téléchargé gratuitement sur www.Doc-Solus.fr .
1 / 12 100%
La catégorie de ce document est-elle correcte?
Merci pour votre participation!

Faire une suggestion

Avez-vous trouvé des erreurs dans linterface ou les textes ? Ou savez-vous comment améliorer linterface utilisateur de StudyLib ? Nhésitez pas à envoyer vos suggestions. Cest très important pour nous !