Chp3: Modèle ondulatoire de la lumière

Chp3: Modèle ondulatoire de la lumière I: Qu’est-ce que la lumière? Voir activité documentaire historique

Chp3: Modèle ondulatoire de la lumière I: Qu’est-ce que la lumière? II: mise en évidence du caractère ondulatoire de la lumière. Exemple de figures de diffraction

Chp3: Modèle ondulatoire de la lumière I: Qu’est-ce que la lumière? II: mise en évidence du caractère ondulatoire de la lumière. 1) Diffraction par une fente ou un fil • Diffraction par une fente ou un fil : voir TP

Chp3: Modèle ondulatoire de la lumière Rayon lumineux θ Laser D Grand axe de la fente I: Qu’est-ce que la lumière? II: mise en évidence du caractère ondulatoire de la lumière. 1) Diffraction par une fente ou un fil On observe un éparpillement de la lumière, alternativement des zones sombres et des zones brillantes autour d’une tache centrale. A la rencontre d’une ouverture ou un objet de petite taille, les ondes lumineuses sont diffractées : il y a modification de la direction de propagation et de l’intensité lumineuse. Le principe de propagation rectiligne de la lumière n’est plus valable.

Chp3: Modèle ondulatoire de la lumière I: Qu’est-ce que la lumière? II: mise en évidence du caractère ondulatoire de la lumière. 1) Diffraction par une fente ou un fil 2) Conclusion Conclusion: la diffraction est caractéristique de tous les phénomènes ondulatoires. On en conclue que la lumière a une nature ondulatoire

Chp3: Modèle ondulatoire de la lumière I: Qu’est-ce que la lumière? II: mise en évidence du caractère ondulatoire de la lumière. 1) Diffraction par une fente ou un fil 2) Conclusion III: Propagation de la lumière dans le vide. L’onde lumineuse résulte de la propagation d’une perturbation électromagnétique (champ électrique et magnétique) dans les milieux transparents. Les ondes lumineuses sinusoïdales sont appelées des radiations.

Chp3: Modèle ondulatoire de la lumière • I: Qu’est-ce que la lumière? • II: mise en évidence du caractère ondulatoire de la lumière. • 1) Diffraction par une fente ou un fil • 2) Conclusion • III: Propagation de la lumière dans le vide. • Célérité dans le vide La célérité de l’onde lumineuse dans le vide est une constante universelle notée c c=3,00 .108 m.s-1

Chp3: Modèle ondulatoire de la lumière I: Qu’est-ce que la lumière? II: mise en évidence du caractère ondulatoire de la lumière. 1) Diffraction par une fente ou un fil 2) Conclusion III: Propagation de la lumière dans le vide. 1) Célérité dans le vide 2) Caractéristiques d’une radiation lumineuse a)Fréquence d’une onde lumineuse. • Une radiation lumineuse est caractérisée par : • Sa fréquence ν (en Hz) ou sa période T (en s). • Sa longueur d’onde dans le vide λ. La fréquence d’une onde ne change pas lorsque l’onde passe d’un milieu transparent à un autre contrairement à la longueur d’onde. Remarque: A chaque valeur de fréquence, l’œil associe une sensation de couleur.

Chp3: Modèle ondulatoire de la lumière I: Qu’est-ce que la lumière? II: mise en évidence du caractère ondulatoire de la lumière. 1) Diffraction par une fente ou un fil 2) Conclusion III: Propagation de la lumière dans le vide. 1) Célérité dans le vide 2) Caractéristiques d’une radiation lumineuse a)Fréquence d’une onde lumineuse. b)Longueur d’onde dans le vide λ Avec : λ longeur d’onde dans le vide (en m) c célérité de la lumière dans le vide (en m.s-1) ν fréquence de la radiation lumineuse (en Hz) T période de la radiation (en s)

Chp3: Modèle ondulatoire de la lumière Lumière monochromatique : Une radiation lumineuse, de fréquence donnée (ou de longueur d’onde dans le vide donnée) est dite monochromatique. Exemple : laser rouge (λ= 650 nm) I: Qu’est-ce que la lumière? II: mise en évidence du caractère ondulatoire de la lumière. 1) Diffraction par une fente ou un fil 2) Conclusion III: Propagation de la lumière dans le vide. 1) Célérité dans le vide 2) Caractéristiques d’une radiation lumineuse a)Fréquence d’une onde lumineuse. b)Longueur d’onde dans le vide λ Lumière polychromatique : une lumière polychromatique est composée d’un ensemble d’ondes monochromatiques de longueurs d’onde différentes.

Chp3: Modèle ondulatoire de la lumière I: Qu’est-ce que la lumière? II: mise en évidence du caractère ondulatoire de la lumière. 1) Diffraction par une fente ou un fil 2) Conclusion III: Propagation de la lumière dans le vide. 1) Célérité dans le vide 2) Caractéristiques d’une radiation lumineuse a)Fréquence d’une onde lumineuse. b)Longueur d’onde dans le vide λ

Chp3: Modèle ondulatoire de la lumière • I: Qu’est-ce que la lumière? • II: mise en évidence du caractère ondulatoire de la lumière. • 1) Diffraction par une fente ou un fil • 2) Conclusion • III: Propagation de la lumière dans le vide. • 1) Célérité dans le vide • 2) Caractéristiques d’une radiation lumineuse • a)Fréquence d’une onde lumineuse. • b)Longueur d’onde dans le vide λ • IV: Exploitation de l’expérience de diffraction. • Résultats La largeur de la tache centrale dépend: • De la longueur d’onde λ de la lumière incidente. Quand la longueur d’onde de la lumière incidente diminue, la largeur de la tache centrale diminue. • De la largeur a de la fente (ou de l’épaisseur du fil). Lorsque la largeur de la fente diminue, la largeur de la tache centrale augmente. • De la distance D de l’objet diffractant à l’écran. Lorsque D augmente, la largeur L de la tache augmente aussi.

Chp3: Modèle ondulatoire de la lumière d/2 • I: Qu’est-ce que la lumière? • II: mise en évidence du caractère ondulatoire de la lumière. • 1) Diffraction par une fente ou un fil • 2) Conclusion • III: Propagation de la lumière dans le vide. • 1) Célérité dans le vide • 2) Caractéristiques d’une radiation lumineuse • a)Fréquence d’une onde lumineuse. • b)Longueur d’onde dans le vide λ • IV: Exploitation de l’expérience de diffraction. • Résultats • Écart angulaire a: dimension caractéristique de l’ouverture (ou du fil) λ : longueur d'onde de la radiation dans le vide (m) : écart angulaire ( en rad ) entre le milieu de la tache centrale et la 1ère extinction . d : largeur de la tache centrale D : distance ouverture (ou fil)-écran

Chp3: Modèle ondulatoire de la lumière d/2 • I: Qu’est-ce que la lumière? • II: mise en évidence du caractère ondulatoire de la lumière. • 1) Diffraction par une fente ou un fil • 2) Conclusion • III: Propagation de la lumière dans le vide. • 1) Célérité dans le vide • 2) Caractéristiques d’une radiation lumineuse • a)Fréquence d’une onde lumineuse. • b)Longueur d’onde dans le vide λ • IV: Exploitation de l’expérience de diffraction. • Résultats • Écart angulaire θ : écart angulaire est l’angle sous lequel est vue la moitié de la tache centrale depuis l’objet diffractant. C’est le demi-diamètre angulaire de la tache centrale. On admet que si D est grand devant d on a : θ = λ / a

Chp3: Modèle ondulatoire de la lumière d/2 • I: Qu’est-ce que la lumière? • II: mise en évidence du caractère ondulatoire de la lumière. • 1) Diffraction par une fente ou un fil • 2) Conclusion • III: Propagation de la lumière dans le vide. • 1) Célérité dans le vide • 2) Caractéristiques d’une radiation lumineuse • a)Fréquence d’une onde lumineuse. • b)Longueur d’onde dans le vide λ • IV: Exploitation de l’expérience de diffraction. • Résultats • Écart angulaire • Détermination expérimentale de λ D’après le schéma ci-contre: θ est petit , on peut donc écrire que tanθ ~θ

Chp3: Modèle ondulatoire de la lumière • I: Qu’est-ce que la lumière? • II: mise en évidence du caractère ondulatoire de la lumière. • 1) Diffraction par une fente ou un fil • 2) Conclusion • III: Propagation de la lumière dans le vide. • 1) Célérité dans le vide • 2) Caractéristiques d’une radiation lumineuse • a)Fréquence d’une onde lumineuse. • b)Longueur d’onde dans le vide λ • IV: Exploitation de l’expérience de diffraction. • Résultats • Écart angulaire • Détermination expérimentale de λ • V: Propagation d’une onde lumineuse dans un milieu transparent. • Fréquence et changement de milieu La couleur d’une radiation lumineuse, comme la fréquence qui la caractérise, ne dépend pas du milieu de propagation et n’est pas modifiée par changement de milieu transparent.

Chp3: Modèle ondulatoire de la lumière • I: Qu’est-ce que la lumière? • II: mise en évidence du caractère ondulatoire de la lumière. • 1) Diffraction par une fente ou un fil • 2) Conclusion • III: Propagation de la lumière dans le vide. • 1) Célérité dans le vide • 2) Caractéristiques d’une radiation lumineuse • a)Fréquence d’une onde lumineuse. • b)Longueur d’onde dans le vide λ • IV: Exploitation de l’expérience de diffraction. • Résultats • Écart angulaire • Détermination expérimentale de λ • V: Propagation d’une onde lumineuse dans un milieu transparent. • Fréquence et changement de milieu • Indice de réfraction La célérité v d’une onde lumineuse dans un milieu transparent est liée à l’indice de réfraction n de ce milieu par la relation : n : indice de réfraction du milieu transparent ( sans unité ) n = c / v avec c : célérité de l'onde dans le vide (en m.s-1) v : célérité de l'onde dans le milieu transparent (en m.s-1)

Chp3: Modèle ondulatoire de la lumière • I: Qu’est-ce que la lumière? • II: mise en évidence du caractère ondulatoire de la lumière. • 1) Diffraction par une fente ou un fil • 2) Conclusion • III: Propagation de la lumière dans le vide. • 1) Célérité dans le vide • 2) Caractéristiques d’une radiation lumineuse • a)Fréquence d’une onde lumineuse. • b)Longueur d’onde dans le vide λ • IV: Exploitation de l’expérience de diffraction. • Résultats • Écart angulaire • Détermination expérimentale de λ • V: Propagation d’une onde lumineuse dans un milieu transparent. • Fréquence et changement de milieu • Indice de réfraction • Dispersion de la lumière Décomposition de la lumière blanche par un prisme

Chp3: Modèle ondulatoire de la lumière • I: Qu’est-ce que la lumière? • II: mise en évidence du caractère ondulatoire de la lumière. • 1) Diffraction par une fente ou un fil • 2) Conclusion • III: Propagation de la lumière dans le vide. • 1) Célérité dans le vide • 2) Caractéristiques d’une radiation lumineuse • a)Fréquence d’une onde lumineuse. • b)Longueur d’onde dans le vide λ • IV: Exploitation de l’expérience de diffraction. • Résultats • Écart angulaire • Détermination expérimentale de λ • V: Propagation d’une onde lumineuse dans un milieu transparent. • Fréquence et changement de milieu • Indice de réfraction • Dispersion de la lumière Interprétation de la décomposition de la lumière blanche • Les milieux transparents sont en général dispersifs : la célérité d’une radiation dépend de sa fréquence. • Il en est donc de même pour l’indice de réfraction du milieu , n=c/v. • Chaque radiation subit donc une déviation différente. • La décomposition de la lumière par un prisme est un phénomène de dispersion des ondes.

FIN • I: Qu’est-ce que la lumière? • II: mise en évidence du caractère ondulatoire de la lumière. • 1) Diffraction par une fente ou un fil • 2) Conclusion • III: Propagation de la lumière dans le vide. • 1) Célérité dans le vide • 2) Caractéristiques d’une radiation lumineuse • a)Fréquence d’une onde lumineuse. • b)Longueur d’onde dans le vide λ • IV: Exploitation de l’expérience de diffraction. • Résultats • Écart angulaire • Détermination expérimentale de λ • V: Propagation d’une onde lumineuse dans un milieu transparent. • Fréquence et changement de milieu • Indice de réfraction • Dispersion de la lumière

Chp3: Modèle ondulatoire de la lumière