QCM : Bases de l’optique — 20 questions

Question 1

1. Quelle représentation de la lumière correspond au modèle corpusculaire ?

Une oscillation couplée de champs électrique et magnétique

Un flux de particules microscopiques appelées photons

Une propagation d’onde comparable aux rides de l’eau

Une trajectoire continue décrite par des rayons indépendants

Explication

Le modèle corpusculaire représente la lumière comme un flux de photons, c’est-à-dire de particules microscopiques. La propagation ondulatoire correspond à un autre modèle historique, associé notamment à Huygens.

Answer

Un flux de particules microscopiques appelées photons

Question 2

2. Quelle description caractérise le modèle ondulatoire de la lumière ?

Une propagation d’onde analogue aux rides à la surface de l’eau

Une oscillation d’un champ électrique sans champ magnétique associé

Une succession de rayons indépendants dans un milieu homogène

Un flux de particules microscopiques transportées dans le vide

Explication

Le modèle ondulatoire décrit la lumière comme une onde, par analogie avec les rides qui se propagent à la surface de l’eau. La description en particules relève du modèle corpusculaire.

Answer

Une propagation d’onde analogue aux rides à la surface de l’eau

Question 3

3. Quelle évolution de la physique au XXe siècle a permis de rapprocher les modèles corpusculaire et ondulatoire de la lumière ?

La théorie des rayons a supprimé le modèle ondulatoire

La diffraction a confirmé la nature exclusivement corpusculaire

L’optique géométrique a remplacé les deux descriptions

La physique quantique a unifié les deux descriptions

Explication

Au XXe siècle, la physique quantique a unifié les descriptions corpusculaire et ondulatoire de la lumière. L’optique géométrique fournit une représentation par rayons, mais elle ne réalise pas cette unification.

Answer

La physique quantique a unifié les deux descriptions

Question 4

4. Quelle propriété distingue une onde électromagnétique d’une onde nécessitant un milieu matériel ?

Elle est formée de rayons indépendants et se propage en ligne droite dans tout milieu

Elle résulte de champs électrique et magnétique oscillants et se propage dans le vide

Elle possède une couleur déterminée par la longueur d’onde dans chaque milieu traversé

Elle correspond à une succession de particules immobiles transportées par un support matériel

Explication

Une onde électromagnétique résulte des oscillations couplées d’un champ électrique et d’un champ magnétique, et elle peut se propager dans le vide. La propagation dans le vide la distingue d’une onde dépendant d’un support matériel.

Answer

Elle résulte de champs électrique et magnétique oscillants et se propage dans le vide

Question 5

5. Une lumière de fréquence $f=6{,}0\times10^{14}\ \mathrm{Hz}$ se propage dans le vide à $c=3{,}0\times10^8\ \mathrm{m\,s^{-1}}$ . Quelle est sa longueur d’onde ?

5{,}0\times10^{-7}\ \mathrm{m}

6{,}0\times10^{14}\ \mathrm{m}

1{,}8\times10^{23}\ \mathrm{m}

2{,}0\times10^{-6}\ \mathrm{m}

Explication

La relation $\lambda=\frac{c}{f}$ donne $\lambda=\frac{3{,}0\times10^8}{6{,}0\times10^{14}}=5{,}0\times10^{-7}\ \mathrm{m}$ . Une multiplication de la célérité par la fréquence ne correspond pas à la relation entre ces grandeurs.

Answer

$$5{,}0\times10^{-7}\ \mathrm{m}$$

Question 6

6. Quelle succession de couleurs décrit la portion visible du spectre électromagnétique, du rouge au violet ?

Rouge, jaune, orange, vert, indigo, bleu, violet

Rouge, orange, jaune, vert, bleu, indigo, violet

Violet, indigo, bleu, vert, jaune, orange, rouge

Orange, rouge, jaune, vert, bleu, violet, indigo

Explication

La portion visible s’étend du rouge au violet selon l’ordre rouge, orange, jaune, vert, bleu, indigo et violet. L’ordre inverse décrit le parcours du violet vers le rouge, et les autres propositions mélangent les couleurs.

Answer

Rouge, orange, jaune, vert, bleu, indigo, violet

Question 7

7. Comment l’optique géométrique représente-t-elle la propagation de la lumière dans un milieu homogène ?

Par des photons qui changent constamment de direction dans le milieu

Par des rayons indépendants se propageant en ligne droite

Par une onde qui se courbe autour de chaque obstacle rencontré

Par des oscillations de champs qui restent confinées à la source

Explication

L’optique géométrique décrit la lumière à l’aide de rayons indépendants se propageant en ligne droite dans un milieu homogène. La diffraction, qui implique un comportement ondulatoire autour des obstacles, appartient à une autre description.

Answer

Par des rayons indépendants se propageant en ligne droite

Question 8

8. Quelle est la célérité approximative de la lumière dans le vide ?

Environ 3 000 000 km/s

Environ 300 000 km/s

Environ 30 000 km/s

Environ 3 000 km/s

Explication

Dans le vide, la lumière se propage à une célérité d’environ 300 000 km/s. Les autres valeurs s’en écartent d’un facteur dix ou davantage et ne correspondent pas à la célérité lumineuse dans le vide.

Answer

Environ 300 000 km/s

Question 9

9. Pour un obstacle dont la dimension caractéristique vérifie $D/\lambda\simeq1000$ , quelle approximation est généralement pertinente ?

La propagation dans le vide, car le rapport ne dépend d’aucun obstacle

L’optique géométrique, car l’obstacle est très grand devant la longueur d’onde

L’interférence dominante, car le rapport fixe directement la célérité

La diffraction, car l’obstacle a une dimension proche de la longueur d’onde

Explication

Lorsque $D/\lambda\simeq1000$ , la dimension de l’obstacle est très supérieure à la longueur d’onde, ce qui rend l’approximation de l’optique géométrique valable. La diffraction devient importante lorsque la dimension de l’obstacle est proche de la longueur d’onde.

Answer

L’optique géométrique, car l’obstacle est très grand devant la longueur d’onde

Question 10

10. Comment définit-on l’indice optique d’un milieu en fonction de la célérité de la lumière ?

n=\frac{v}{c}

n=c\times v

n=\frac{c}{v}

n=c-v

Explication

L’indice optique compare la célérité dans le vide à celle dans le milieu, selon $n=\frac{c}{v}$ . La relation $\frac{v}{c}$ correspond à l’inverse de l’indice et ne donne donc pas sa définition.

Answer

$$n=\frac{c}{v}$$

Question 11

11. Quelle caractéristique décrit correctement l’indice optique d’un milieu transparent ?

C’est une longueur mesurée en mètres

C’est une grandeur sans unité inférieure à 1

C’est une vitesse exprimée en mètres par seconde

C’est un nombre sans unité supérieur à 1

Explication

L’indice optique est un rapport de deux célérités, donc il n’a pas d’unité, et la célérité est plus faible dans un milieu transparent que dans le vide, d’où $n>1$ . Une vitesse, en revanche, s’exprime en mètres par seconde.

Answer

C’est un nombre sans unité supérieur à 1

Question 12

12. Une lumière possède une longueur d’onde $\lambda$ dans le vide et traverse un milieu d’indice $n$ : quelles sont sa célérité et sa longueur d’onde dans ce milieu ?

v=\frac{c}{n}

et

\lambda'=\frac{\lambda}{n}

v=\frac{n}{c}

et

\lambda'=\frac{n}{\lambda}

v=c-n

et

\lambda'=\lambda-n

v=c\times n

et

\lambda'=\lambda\times n

Explication

Dans un milieu d’indice $n$ , la célérité et la longueur d’onde sont toutes deux divisées par $n$ . La multiplication par $n$ augmenterait ces grandeurs, contrairement au ralentissement et au raccourcissement prévus.

Answer

$$v=\frac{c}{n}$$ et $$\lambda'=\frac{\lambda}{n}$$

Question 13

13. Comment définit-on la normale au point d’incidence ?

La droite parallèle à l’interface passant par ce point

La droite reliant les deux points d’intersection des rayons

La droite portant le rayon réfléchi dans le premier milieu

La droite perpendiculaire à l’interface passant par ce point

Explication

La normale est construite perpendiculairement à la surface de séparation et passe par le point où le rayon arrive. Les angles d’incidence et de réfraction sont ensuite mesurés par rapport à cette droite.

Answer

La droite perpendiculaire à l’interface passant par ce point

Question 14

14. Lorsqu’un rayon lumineux rencontre une interface entre deux milieux, quelle distinction caractérise les rayons réfléchi et réfracté ?

Le réfléchi entre dans le second milieu, tandis que le réfracté revient dans le milieu initial

Les deux rayons restent dans le milieu initial, mais changent de direction

Les deux rayons entrent dans le second milieu en conservant leur direction

Le réfléchi reste dans le milieu initial, tandis que le réfracté entre dans le second milieu

Explication

Le rayon réfléchi repart du côté d’où venait la lumière, alors que le rayon réfracté traverse l’interface et se propage dans l’autre milieu. Cette distinction repose sur le milieu de propagation après la rencontre avec la surface.

Answer

Le réfléchi reste dans le milieu initial, tandis que le réfracté entre dans le second milieu

Question 15

15. Quelle équation exprime la loi de réfraction de Snell-Descartes pour deux milieux d’indices $n_1$ et $n_2$ ?

\frac{n_1}{\sin(i_1)}=\frac{n_2}{\sin(i_2)}

n_1 i_1=n_2 i_2

n_1\cos(i_1)=n_2\cos(i_2)

n_1\sin(i_1)=n_2\sin(i_2)

Explication

La loi de Snell-Descartes relie les indices aux sinus des angles mesurés par rapport à la normale, selon $n_1\sin(i_1)=n_2\sin(i_2)$ . Une relation utilisant directement les angles ou leurs cosinus ne correspond pas à cette loi.

Answer

$$n_1\sin(i_1)=n_2\sin(i_2)$$

Question 16

16. Que signifie le principe de Fermat pour le trajet de la lumière entre deux points ?

La lumière suit le chemin de longueur géométrique maximale

La lumière choisit le trajet où son indice optique est maximal

La lumière conserve une direction indépendante des milieux traversés

La lumière suit le chemin correspondant au temps de parcours minimal

Explication

Le principe de Fermat affirme que le trajet lumineux entre deux points correspond à un temps de parcours minimal. Il ne sélectionne donc pas un chemin selon la longueur seule ou selon la valeur maximale de l’indice.

Answer

La lumière suit le chemin correspondant au temps de parcours minimal

Question 17

17. Quelle relation de réfraction découle du principe de Fermat à l’interface de deux milieux ?

n_1+n_2=i_1+i_2

n_1\cos(i_1)=n_2\cos(i_2)

n_1\sin(i_1)=n_2\sin(i_2)

\frac{n_1}{i_1}=\frac{n_2}{i_2}

Explication

L’optimisation du temps de parcours dans le principe de Fermat conduit à la loi de réfraction $n_1\sin(i_1)=n_2\sin(i_2)$ . Le principe porte sur le temps du trajet, tandis que cette équation traduit le résultat entre indices et angles.

Answer

$$n_1\sin(i_1)=n_2\sin(i_2)$$

Question 18

18. Dans un même milieu, quelle radiation possède la fréquence la plus élevée ?

Celle dont l’intensité lumineuse est la plus grande

Celle dont la longueur d’onde est la plus courte

Celle dont la vitesse de propagation est la plus faible

Celle dont la longueur d’onde est la plus longue

Explication

À célérité identique dans un même milieu, la fréquence augmente lorsque la longueur d’onde diminue. Une grande intensité lumineuse ne détermine pas la fréquence, et la vitesse dépend notamment du milieu.

Answer

Celle dont la longueur d’onde est la plus courte

Question 19

19. Dans un verre dispersif où l’indice du rouge vaut 1,50 et celui du violet 1,53, quelle radiation se propage-t-elle le plus lentement et est-elle généralement davantage déviée par un prisme ?

La radiation rouge

Les deux radiations à la même vitesse

La radiation violette

La radiation qui possède la plus grande intensité

Explication

La vitesse dans un milieu diminue lorsque l’indice augmente ; le violet, d’indice 1,53, est donc plus lent et généralement plus dévié. Le rouge possède au contraire l’indice le plus faible, et l’intensité n’est pas le critère considéré ici.

Answer

La radiation violette

Question 20

20. Lorsqu’une lumière passe de l’air au verre, quelle grandeur reste constante tandis que les deux autres diminuent ?

La longueur d’onde

L’indice de réfraction

La fréquence

La célérité

Explication

Lors d’un changement de milieu, la fréquence de la lumière reste constante, tandis que sa célérité et sa longueur d’onde diminuent dans le verre. La célérité et la longueur d’onde sont donc précisément les grandeurs qui varient.

Answer

La fréquence

QCM : Bases de l’optique — 20 questions

Questions et réponses du QCM

1. Quelle représentation de la lumière correspond au modèle corpusculaire ?

2. Quelle description caractérise le modèle ondulatoire de la lumière ?

3. Quelle évolution de la physique au XXe siècle a permis de rapprocher les modèles corpusculaire et ondulatoire de la lumière ?

4. Quelle propriété distingue une onde électromagnétique d’une onde nécessitant un milieu matériel ?

5. Une lumière de fréquence $f=6{,}0\times10^{14}\ \mathrm{Hz}$ se propage dans le vide à $c=3{,}0\times10^8\ \mathrm{m\,s^{-1}}$ . Quelle est sa longueur d’onde ?

6. Quelle succession de couleurs décrit la portion visible du spectre électromagnétique, du rouge au violet ?

7. Comment l’optique géométrique représente-t-elle la propagation de la lumière dans un milieu homogène ?

8. Quelle est la célérité approximative de la lumière dans le vide ?

9. Pour un obstacle dont la dimension caractéristique vérifie $D/\lambda\simeq1000$ , quelle approximation est généralement pertinente ?

10. Comment définit-on l’indice optique d’un milieu en fonction de la célérité de la lumière ?

11. Quelle caractéristique décrit correctement l’indice optique d’un milieu transparent ?

12. Une lumière possède une longueur d’onde $\lambda$ dans le vide et traverse un milieu d’indice $n$ : quelles sont sa célérité et sa longueur d’onde dans ce milieu ?

13. Comment définit-on la normale au point d’incidence ?

14. Lorsqu’un rayon lumineux rencontre une interface entre deux milieux, quelle distinction caractérise les rayons réfléchi et réfracté ?

15. Quelle équation exprime la loi de réfraction de Snell-Descartes pour deux milieux d’indices $n_1$ et $n_2$ ?

16. Que signifie le principe de Fermat pour le trajet de la lumière entre deux points ?

17. Quelle relation de réfraction découle du principe de Fermat à l’interface de deux milieux ?

18. Dans un même milieu, quelle radiation possède la fréquence la plus élevée ?

19. Dans un verre dispersif où l’indice du rouge vaut 1,50 et celui du violet 1,53, quelle radiation se propage-t-elle le plus lentement et est-elle généralement davantage déviée par un prisme ?

20. Lorsqu’une lumière passe de l’air au verre, quelle grandeur reste constante tandis que les deux autres diminuent ?

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QCM : Bases de l’optique — 20 questions

Questions et réponses du QCM

1. Quelle représentation de la lumière correspond au modèle corpusculaire ?

2. Quelle description caractérise le modèle ondulatoire de la lumière ?

3. Quelle évolution de la physique au XXe siècle a permis de rapprocher les modèles corpusculaire et ondulatoire de la lumière ?

4. Quelle propriété distingue une onde électromagnétique d’une onde nécessitant un milieu matériel ?

5. Une lumière de fréquence f=6,0×1014 Hzf=6{,}0\times10^{14}\ \mathrm{Hz}f=6,0×1014 Hz se propage dans le vide à c=3,0×108 m s−1c=3{,}0\times10^8\ \mathrm{m\,s^{-1}}c=3,0×108 ms−1. Quelle est sa longueur d’onde ?

6. Quelle succession de couleurs décrit la portion visible du spectre électromagnétique, du rouge au violet ?

7. Comment l’optique géométrique représente-t-elle la propagation de la lumière dans un milieu homogène ?

8. Quelle est la célérité approximative de la lumière dans le vide ?

9. Pour un obstacle dont la dimension caractéristique vérifie D/λ≃1000D/\lambda\simeq1000D/λ≃1000, quelle approximation est généralement pertinente ?

10. Comment définit-on l’indice optique d’un milieu en fonction de la célérité de la lumière ?

11. Quelle caractéristique décrit correctement l’indice optique d’un milieu transparent ?

12. Une lumière possède une longueur d’onde λ\lambdaλ dans le vide et traverse un milieu d’indice nnn : quelles sont sa célérité et sa longueur d’onde dans ce milieu ?

13. Comment définit-on la normale au point d’incidence ?

14. Lorsqu’un rayon lumineux rencontre une interface entre deux milieux, quelle distinction caractérise les rayons réfléchi et réfracté ?

15. Quelle équation exprime la loi de réfraction de Snell-Descartes pour deux milieux d’indices n1n_1n1​ et n2n_2n2​ ?

16. Que signifie le principe de Fermat pour le trajet de la lumière entre deux points ?

17. Quelle relation de réfraction découle du principe de Fermat à l’interface de deux milieux ?

18. Dans un même milieu, quelle radiation possède la fréquence la plus élevée ?

19. Dans un verre dispersif où l’indice du rouge vaut 1,50 et celui du violet 1,53, quelle radiation se propage-t-elle le plus lentement et est-elle généralement davantage déviée par un prisme ?

20. Lorsqu’une lumière passe de l’air au verre, quelle grandeur reste constante tandis que les deux autres diminuent ?

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5. Une lumière de fréquence $f=6{,}0\times10^{14}\ \mathrm{Hz}$ se propage dans le vide à $c=3{,}0\times10^8\ \mathrm{m\,s^{-1}}$ . Quelle est sa longueur d’onde ?

9. Pour un obstacle dont la dimension caractéristique vérifie $D/\lambda\simeq1000$ , quelle approximation est généralement pertinente ?

12. Une lumière possède une longueur d’onde $\lambda$ dans le vide et traverse un milieu d’indice $n$ : quelles sont sa célérité et sa longueur d’onde dans ce milieu ?

15. Quelle équation exprime la loi de réfraction de Snell-Descartes pour deux milieux d’indices $n_1$ et $n_2$ ?