Flashcards : Des ondes lumineuses à l’optique géométrique — 80 cartes

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1Question

Quelles lois les Grecs connaissaient-ils au Ier siècle concernant la lumière ?

Réponse

Les lois de la réflexion par un miroir.

2Question

Quelle idée Héron d’Alexandrie a-t-il formulée sur le trajet réfléchi ?

Réponse

Le trajet réfléchi entre deux points est le plus court possible.

3Question

En quelle année Snell a-t-il découvert les lois de la réfraction ?

Réponse

En 1621.

4Question

Qui a publié les lois de la réfraction en 1637 ?

Réponse

Descartes.

5Question

Quelle différence fondamentale existe entre la théorie ondulatoire et corpusculaire de la lumière ?

Réponse

La théorie ondulatoire décrit la lumière comme une vibration, la corpusculaire comme un flux de particules.

6Question

Que conclut Maxwell en 1880 sur la nature de la lumière ?

Réponse

La lumière est une onde électromagnétique transversale.

7Question

Quelle est la formule de la célérité de la lumière dans le vide ?

Réponse

c=1μ0ε0=2,99792458×108ms1c=\frac{1}{\sqrt{\mu_0\varepsilon_0}}=2{,}99792458\times10^8\,\mathrm{m\,s^{-1}}.

8Question

Quelle énergie Einstein associe-t-il au photon en 1905 ?

Réponse

E=hνE=h\nu.

9Question

Qu'est-ce qu'une onde électromagnétique ?

Réponse

Une propagation couplée d'un champ électrique et magnétique sans support matériel.

10Question

Quelle est la formule de la longueur d'onde dans le vide pour une onde électromagnétique ?

Réponse

λ0=cT\lambda_0 = cT

11Question

Quelle est la formule de la longueur d'onde dans un milieu matériel pour une onde électromagnétique ?

Réponse

λ=vT\lambda = vT

12Question

Quelles longueurs d'onde dans le vide définissent le domaine visible ?

Réponse

Entre 400nm400\,\mathrm{nm} et 800nm800\,\mathrm{nm}.

13Question

Quelle fréquence approximative correspond au domaine visible ?

Réponse

Environ 1014Hz10^{14}\,\mathrm{Hz}.

14Question

Quels rayonnements regroupent le domaine des rayonnements optiques ?

Réponse

L'ultraviolet, le visible et l'infrarouge.

15Question

Qu'est-ce qui différencie une source primaire d'une source secondaire ?

Réponse

Une source primaire produit elle-même la lumière qu'elle émet.

16Question

Comment se définit une source ponctuelle par rapport à une source étendue ?

Réponse

Une source ponctuelle est assimilée à un point tandis qu'une source étendue émet depuis une surface.

17Question

Quelle est la température typique du filament dans une lampe à incandescence ?

Réponse

Environ 2000 kelvins.

18Question

Quel type de spectre produit une lampe à incandescence ?

Réponse

Un spectre continu.

19Question

Quelle relation exprime la loi de Wien ?

Réponse

λmaxT=constante\lambda_{\max}T=\text{constante} relie la température et la longueur d'onde maximale.

20Question

Que produit la décharge électrique dans une lampe spectrale ?

Réponse

Elle excite les atomes qui émettent des photons en revenant à des niveaux d'énergie inférieurs.

21Question

Quelle est l'énergie du photon émis quand un électron passe de E2E_2 à E1E_1 ?

Réponse

E=E2E1E=E_2 - E_1.

22Question

Quelle est la longueur d'onde du laser He-Ne et par quel phénomène fonctionne-t-il ?

Réponse

Il fonctionne par émission stimulée et émet à 632,8 nm.

23Question

Quelle formule donne la vitesse de propagation dans un milieu matériel ?

Réponse

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

24Question

Comment s'exprime la longueur d'onde dans un milieu matériel ?

Réponse

λ=λ0n\lambda=\frac{\lambda_0}{n}

25Question

Qu'est-ce que la dispersion en optique ?

Réponse

La dépendance de l'indice de réfraction nn à la longueur d'onde λ0\lambda_0.

26Question

Quelle est la relation de dispersion de Cauchy ?

Réponse

n=A+Bλ02n=A+\frac{B}{\lambda_0^2}

27Question

Dans quel type de milieu les ondes électromagnétiques se propagent en ligne droite à la vitesse v=c/nv=c/n ?

Réponse

Dans un milieu linéaire, homogène, transparent et isotrope (LHTI).

28Question

Comment un récepteur peut-il paraître blanc ?

Réponse

En réfléchissant la lumière sans filtrage.

29Question

Comment un récepteur prend-il une couleur ?

Réponse

En absorbant sélectivement certaines longueurs d'onde.

30Question

Pourquoi un récepteur paraît-il noir ?

Réponse

Parce qu'il absorbe toute la lumière.

31Question

Qu'affirme le principe de Fermat sur le temps de parcours de la lumière ?

Réponse

La lumière met un temps minimal pour aller d’un point à un autre.

32Question

Quelle formule relie le demi-angle de diffraction θ\theta à la longueur d'onde λ\lambda et la largeur aa de la fente ?

Réponse

sinθ=λa\sin\theta=\frac{\lambda}{a}.

33Question

Quelle est la taille approximative de la tache de diffraction pour un trou de 0,1 mm et λ=500nm\lambda=500\,\mathrm{nm} à 1 m ?

Réponse

La tache a un diamètre d’environ 1 cm.

34Question

Qu'est-ce que l'optique géométrique néglige pour représenter la propagation par des rayons lumineux ?

Réponse

Elle néglige la diffraction et les interférences.

35Question

Qu'est-ce qu'un dioptre en optique ?

Réponse

Une surface séparant deux milieux homogènes et isotropes où un rayon peut être réfléchi et réfracté.

36Question

Dans quel plan se trouvent le rayon incident, réfléchi, réfracté et la normale au dioptre ?

Réponse

Ils sont dans un même plan.

37Question

Quelle relation existe-t-il entre les angles d'incidence et de réflexion ?

Réponse

Ils ont la même valeur absolue.

38Question

Quelle est la formule de la loi de réfraction de Snell-Descartes ?

Réponse

n1sini1=n2sini2n_1\sin i_1=n_2\sin i_2

39Question

Quelle condition caractérise une incidence normale sur un dioptre ?

Réponse

Le rayon incident est confondu avec la normale, donc i1=0i_1=0.

40Question

Que vaut l'angle du rayon réfracté lors d'une incidence normale ?

Réponse

L'angle réfracté est nul, i2=0i_2=0.

41Question

Qui a formulé la loi de réfraction n1sini1=n2sini2n_1\sin i_1=n_2\sin i_2 ?

Réponse

Snell et Descartes.

42Question

Quelle inégalité relie les indices de réfraction n1n_1 et n2n_2 pour n1<n2n_1<n_2 ?

Réponse

n1n_1 est inférieur à n2n_2.

43Question

Comment se compare l'angle de réfraction i2i_2 à l'angle d'incidence i1i_1 si n1<n2n_1<n_2 ?

Réponse

L'angle de réfraction i2|i_2| est inférieur à l'angle d'incidence i1|i_1|.

44Question

Quelle formule donne l'angle limite BClBCl lors du passage d'un milieu moins vers plus rE9fringent ?

Réponse

BCl=C0B2arcsin(n1n2)BCl = C0B2\arcsin\left(\frac{n_1}{n_2}\right).

45Question

Quelle est la formule de l'angle de réfraction maximal pour un passage air vers eau n2=1,333n_2=1{,}333 ?

Réponse

=arcsin(11,333)\ell = \arcsin\left(\frac{1}{1{,}333}\right).

46Question

Quelle formule donne l'angle limite BClBCl' pour n1>n2n_1>n_2 ?

Réponse

BCl=arcsin(n2n1)BCl' = \arcsin\left(\frac{n_2}{n_1}\right).

47Question

Que se passe-t-il si i1>BCli_1 > BCl' lors d'un passage d'un milieu plus vers moins rE9fringent ?

Réponse

Il n'y a pas de rayon rE9fractE9 et la lumiE8re subit une rE9flexion totale.

48Question

Comment se comporte la surface lors d'une réflexion totale ?

Réponse

Elle agit comme un miroir parfait.

49Question

Quelle relation existe entre l'angle réfléchi et l'angle incident en réflexion totale ?

Réponse

Ils ont la même valeur absolue.

50Question

Quelle est la structure d'une fibre optique à saut d'indice ?

Réponse

Un cœur cylindrique d'indice n1n_1 entouré d'une gaine d'indice n2<n1n_2<n_1.

51Question

Sur quel principe repose le guidage lumineux dans une fibre à saut d'indice ?

Réponse

Sur la réflexion totale dans le cœur.

52Question

Quelle condition doit remplir un rayon pour être guidé dans une fibre à saut d'indice ?

Réponse

Il doit subir une réflexion totale à l'interface entre le cœur et la gaine.

53Question

Quels sont les trois composants d'une fibre optique ?

Réponse

Le cœur, la gaine et le revêtement.

54Question

À quoi sert la gaine dans une fibre optique ?

Réponse

À porter le diamètre à 125μm125\,\mu\mathrm{m}.

55Question

Quel est le rôle du revêtement dans une fibre optique ?

Réponse

Il protège la fibre.

56Question

Quelle est la différence entre atténuation et dispersion dans une fibre optique ?

Réponse

L'atténuation diminue l'amplitude, la dispersion élargit les impulsions.

57Question

Qu'est-ce qui augmente avec la longueur dans une fibre à saut d’indice ?

Réponse

L'atténuation augmente avec la longueur de la fibre.

58Question

Quelle est la conséquence de la dispersion sur le signal transmis ?

Réponse

La dispersion déforme le signal en élargissant les impulsions lumineuses.

59Question

Quelle est l'origine de la dispersion intermodale dans une fibre optique ?

Réponse

Elle provient de la répartition de l’énergie entre différents modes suivant des trajectoires différentes.

60Question

Qu'est-ce que la dispersion chromatique ?

Réponse

C'est l'élargissement des impulsions dû à l'indice dépendant de la longueur d'onde.

61Question

Comment peut-on limiter la dispersion dans une fibre optique ?

Réponse

En utilisant des fibres monomodes ou à gradient d’indice.

62Question

Quelle forme a la section droite d'un prisme à réflexion totale ?

Réponse

Un triangle rectangle isocèle.

63Question

Quel angle peut dévier un prisme à réflexion totale ?

Réponse

Un angle de π/2 ou de π.

64Question

Que se passe-t-il à chaque interface dans un milieu à indices décroissants vers le haut ?

Réponse

La lumière est réfractée.

65Question

Qu'arrive-t-il à l'angle d'incidence dans un milieu à couches d'indices décroissants vers le haut ?

Réponse

Il augmente progressivement.

66Question

Qu'est-ce qu'une fibre à gradient d'indice ?

Réponse

Une fibre avec un cœur dont l'indice croît continûment en s'éloignant de l'axe.

67Question

Quelle condition permet à une fibre à gradient d'indice de transmettre intégralement la lumière ?

Réponse

Que son rayon de courbure ne soit pas trop petit.

68Question

À quoi servent les fibres en endoscopie ?

Réponse

À éclairer et à regarder pour observer l'intérieur du corps.

69Question

Quelle relation lie l'indice de réfraction et la masse volumique dans l'air ?

Réponse

Le rapport n1ρ\frac{n-1}{\rho} est constant.

70Question

Que se passe-t-il dans un mirage chaud près du sol très chaud ?

Réponse

L'air est moins dense et l'indice augmente avec l'altitude.

71Question

Comment un rayon peut-il être renvoyé vers l'observateur dans un mirage chaud ?

Réponse

Par réflexion totale d'un rayon dirigé vers le bas.

72Question

Quelle illusion crée un mirage chaud avec une zone de ciel bleu ?

Réponse

Une nappe d'eau située sur le sol.

73Question

Que permet de voir un mirage froid grâce aux rayons faiblement courbés ?

Réponse

Des bateaux ou îles très éloignés, parfois derrière l'horizon.

74Question

Quelles conditions sont nécessaires pour qu'un mirage se forme ?

Réponse

De grandes distances et un gradient thermique d'au moins quelques degrés sur un mètre.

75Question

Qu'est-ce qu'un miroir plan ?

Réponse

Un dioptre réfléchissant totalement la lumière avec une surface plane.

76Question

Comment varie le pouvoir réflecteur d'une surface selon l'angle d'incidence ?

Réponse

Il varie avec l'angle d'incidence.

77Question

Quel est le pouvoir réflecteur des surfaces polies métalliques à incidence nulle ?

Réponse

Il reste élevé, environ 0,9.

78Question

Quelle est la première étape pour construire le rayon émergent d'un miroir plan ?

Réponse

Construire le symétrique du point objet par rapport au miroir.

79Question

Que trace-t-on après avoir construit le symétrique du point objet dans un miroir plan ?

Réponse

Un rayon incident reliant le point image au point d'impact et son prolongement lumineux.

80Question

Quelle est la relation entre l'image et le point objet dans un miroir plan ?

Réponse

L'image est le symétrique du point objet par rapport au plan du miroir.

Teste-toi avec le QCM

Teste tes connaissances avec un QCM de 43 questions sur Des ondes lumineuses à l’optique géométrique.

1. Quel savant a découvert les lois de la réfraction en 1621 ?

2. Quelle description distingue correctement les théories ondulatoire et corpusculaire de la lumière ?

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