Interférence lumineuse II

 

EXERCICE I :         

On réalise une expérience d’interférences lumineuses avec les fentes d’Young. Les deux fentes F1 et F2  distante de a=2mm sont éclairées par une fente source parallèle et équidistante de F1 et F2. La distance entre le plan des deux fentes et l’écran d’observation est d=1,5m.

1.    Décrire et expliquer le phénomène sur l’écran.

2.    a- définir l’interfrange i

b- calculer sa valeur si la longueur d’onde de la radiation utilisée est  l=0,5µm.

3.    La frange centrale brillante est d’ordre 0. Déterminer la distance qui sépare la troisième frange brillante à gauche de la frange centrale et la quatrième frange obscure à droite de cette frange centrale.

4.    On éloigne l’écran E du plan de deux fentes d’une distance égal à 50cm. Calculer la longueur d’onde de la radiation qu’il faut utiliser dans cette condition sachant que l’interfrange reste indiqué.

 

EXERCICE II:

 

On réalise une expérience d’interférence lumineuse en utilisant le dispositif des fentes d’Young. La distance entre les fentes F1 et F2  est de 1mm. La distance du plan des fentes à l’écran est de 2m, et on utilise une lumière monochromatique de longueur d’ondel.

1.      Qu’observe-t-on sur l’écran ? Expliquer le  phénomène.

2.      La distance qui sépare deux raies brillantes voisines est de 1,2mm. Calculer la longueur d’onde e la lumière utilisée.

3.      On éclaire maintenant le dispositif à l’aide de la lumière comportant une radiation de longueur d’onde l’= 0,45µm.

a-      Qu’observe-t-on sur l’écran ?

b-     Leurs raies brillantes centrales sont confondues. Pour quelles raies brillantes de la longueur d’onde l y aura-t-il de nouvelle coïncidence ?

4.      On éclaire maintenant le dispositif de la lumière blanche.

a-      Qu’observe-t-on sur l’écran ?

b-     On observe la lumière en un point situé à 8mm de la frange centrale. Quelles sont les longueurs d’ondes des radiations pour lesquelles cet endroit correspond à une frange obscure ?

N.B : les longueurs d’onde des radiations visibles sont comprises entre 0,4 µm et 0,75µm.

EXERCICE III :                

Le dispositif de Fresnel est constitué de deux miroirs plans M1 et M2  d’arrête commune O, faisant entre eux un angle α très petit. Les miroirs donnent d’une source lumineuse ponctuelle S placée à la distance d1 de O eux images s1 et s2 est placée à la distance OI = d2 de l’arrête O.

1.      Faire le schéma du dispositif interférentiel et tracer les marches des faisceaux lumineux obtenus à partir de ces deux miroirs de Fresnel.

2.      a- la région d’interférence sur l’écran E est limitée par un segment de droite  MN. Qu’observe-t-on ?

b- en déduire la longueur du segment MN. On donne s1 s2 =a=3mm, OS= d1 =50cm, OI=d2 =250cm

3.      la source S émet une radiation monochromatique de longueur d’onde l=0,60µm.

a-      définir l’interfrange i, et calculer sa valeur.

b-     Calculer le nombre de franges brillantes observées sur l’écran E.

4.      On remplace la radiation précédente par une autre radiation monochromatique de longueur d’onde l’. On constate que, pour obtenir la valeur de l’interfrange précédente, il faut éloigner l’écran E de 60cm de sa position initiale, parallèlement à lui-même. Calculer  l’.

 

                                                                                                       EXERCICE IV :                 

On réalise l’expérience d’interférence lumineuse avec le biprisme de Fresnel et une radiation monochromatique de longueur d’onde l=0,60µm. venant d’une fente F un écran d’observation € est placé à une distance D =2m de la fente F.

1.      Faire le schéma du dispositif expérimental en éclairement le champ d’interférence.

2.      Décrire le phénomène observé sur le champ d’interférence sur l

3.      Décrire le phénomène observé sur le champ d’interférence sur l’écran.

a-      Calculer la distance a séparent les fentes virtuelles F1 et F2  par le biprisme

b-     On éclaire maintenant le dispositif à l’aide de la lumière comportant une radiation de longueur d’onde précédente et une autre e longueur d’onde l= 0,45µm. a quelle distance de la frange centrale y aura-t-il la première coïncidence.

4.      La fente F est maintenant éclairée par une lumière blanche. Décrire le phénomène observé sur l’écran E.

EXERCICE V :                   

Dans un dispositif interférentiel du biprisme de Fresnel, l’angle au sommet A est faible. La source lumineuse ponctuelle S est située à la distance d1  = 30cm de biprisme. L’écran d’observation (E) est parallèle au plan contenant les deux images virtuelles S1  et S2  de la source S, et se trouve à la distance d2 =1,5m du prisme.

La distance entre S1 et S2 est S1 S2 = a =1,8mm

L’indice e réfraction du biprisme est n= 1,5 lorsque la longueur d’onde de la radiation utilisée est l= 0,5µm.

1.      a- faire le schéma du dispositif interférentiel, tracer la marche des rayons lumineux, préciser le champ d’interférence.

b- calculer, en radiant la valeur de l’angle A.

2.      calculer la largeur du champ d’interférence observé sur l’écran (E).

3.       a- définir et calculer l’interfrange i.

b-la frange centrale est d’ordre zéro.

Calculer la distance séparant la sixième frange brillant à gauche de la frange centrale et la troisième frange obscure à droite de cette centrale.

 

Pour A2 seulement :

4.      Calculer le nombre de franges obscures observées dans le champ d’interférence.

 

EXERCICE VI :                    

On réalise une expérience d’interférences lumineuses à l’aide d’un dispositif des fentes d’Young. Les deux fentes F1 et F2 distantes de a= 0,4 mm sont éclairées par une fente source F parallèle et équidistante de F1 et F2. La distance qui sépare le plan de fentes à l’écran est D=1m.

1.      Faire le schéma u dispositif. Préciser la marche des rayons lumineux. Indiquer le champ d’interférence.

2.      La source F émet une radiation monochromatique de longueur d’onde l=0 ,50µm.

a-      décrire le phénomène observé sur l’écran E.

b-     calculer l’abscisse x=OM du point M de l’écran sur lequel passe la quatrième frange brillante du système. La frange centrale brillante est numérotée (o).

3.      on remplace la radiation e longueur d’onde l par une autre radiation de longueur d’onde l’.

a-      Sachant que la quatrième frange obscure du système de frange obtenu se trouve à l’abscisse x’=5,4.10-3 m de la frange centrale, calculer la valeur de la longueur d’onde l’

b-     Calculer la position de la quatrième frange brillante du nouveau système.

 

EXERCICE VII :                     

Deux fentes horizontales F1 et F2  fines parallèles et dont la distance est a= 1mm, constituent deux sources lumière monochromatique cohérente. On observe les interférences sur un écran E, parallèle au plan contenant  F1 et F2  et situé à une distance D= 1,5 m de ce plan.

1.      La lumière monochromatique émise par les sources F1 et F2  possède de longueur d’onde l=500µm.

2.      Définir et calculer l’interfrange.

3.      La lumière émise par F1 et F2  est maintenant constituée par deux radiations monochromatiques de longueur d’onde respective l1 = 420µm et  l2 =630µm.

a-      Qu’observe-t-on sur l’écran ?

b-     A quelle distance de la frange centrale observe-t-on la première coïncidence entre deux raies brillantes correspondant aux deux systèmes de franges ? (première disparition des franges)

c-      Que se reproduira-t-il à une distance double ? triple ? (en supposant qu’on reste dans le champ d’interférence).