QCM : Des ondes lumineuses à l’optique géométrique — 43 questions

Explication

On construit d’abord le point image symétrique, puis on trace la droite reliant ce point au point d’impact et on la prolonge comme rayon lumineux. Cette construction représente le rayon émergent apparent.

Explication

L’étude du dioptre plan distingue l’incidence quelconque de l’incidence quasi-normale, chacune étant associée à des formules de conjugaison spécifiques.

Explication

La loi de réfraction de Snell-Descartes s’écrit n₁ sin i₁=n₂ sin i₂ pour chaque lumière monochromatique.

Explication

Le rayon incident, le rayon réfléchi, le rayon réfracté et la normale au point d’incidence sont coplanaires.

Explication

Si i₁ > ℓ′, aucun rayon réfracté n’existe et la lumière subit une réflexion totale vers le milieu 1.

Explication

La propagation rectiligne est une bonne approximation lorsque la longueur d’onde dans le vide est petite devant la taille caractéristique des obstacles.

Explication

Les différents modes se propagent dans le cœur à la vitesse vₘ = c/n₁, où c est la vitesse de la lumière dans le vide et n₁ l’indice du cœur.

Explication

Un milieu est dispersif lorsque son indice de réfraction n dépend de la longueur d’onde dans le vide λ₀.

Explication

La réflexion inverse la composante du vecteur rayon selon l’axe orthogonal au miroir, ce qui inverse le sens de propagation selon cet axe. Les composantes parallèles au miroir ne sont pas inversées.

Explication

Snell découvre les lois de la réfraction en 1621. Descartes les publie ensuite indépendamment en 1637.

Explication

Lors de la transition vers un niveau d’énergie inférieur, l’énergie du photon vaut E₂ − E₁. En utilisant E = hc/λ, on obtient λ = hc/(E₂ − E₁).

Explication

Un miroir plan est un dioptre dont la surface est plane et qui réfléchit totalement la lumière incidente. Les autres propositions décrivent respectivement un catadioptre, un miroir courbe et un matériau transmissif.

Explication

Un dioptre sépare deux milieux homogènes et isotropes ; le rayon réfléchi revient dans le milieu incident, tandis que le rayon réfracté passe dans le second milieu.

Explication

L’image d’un point par un miroir plan est son symétrique par rapport au plan du miroir. Elle est virtuelle, car elle se situe là où semblent se croiser les rayons émergents.

Explication

La lumière présente une nature ondulatoire, défendue notamment par Huygens et Fresnel, ainsi qu’une nature corpusculaire, défendue par Newton puis réintroduite par Einstein.

Explication

Pour un miroir horizontal, la direction verticale est orthogonale au plan du miroir : sa composante est donc inversée lors de la réflexion. Les composantes horizontales, parallèles au miroir, restent inchangées.

Explication

La relation sin θ=λ/a montre que l’étalement angulaire augmente avec λ et lorsque la largeur de la fente diminue.

Explication

Maxwell identifie la lumière à une onde électromagnétique se propageant dans le vide à environ 3,00 × 10⁸ m·s⁻¹.

Explication

Le signal se propage dans le cœur d’indice n₁, tandis que la gaine possède un indice n₂ inférieur. Cette différence permet la réflexion totale à l’interface cœur-gaine.

Explication

Le domaine visible correspond approximativement aux longueurs d’onde comprises entre 400 nm et 800 nm, avec des fréquences de l’ordre de 10¹⁴ Hz.

Explication

Une source primaire produit elle-même la lumière qu’elle émet, comme le Soleil, le feu ou une ampoule.

Explication

La dispersion intermodale résulte du fait que différents modes suivent des trajectoires différentes, ce qui élargit les impulsions lumineuses. La dépendance de l’indice à la longueur d’onde caractérise plutôt la dispersion chromatique.

Explication

Un prisme à réflexion totale est un prisme de verre ordinaire dont la section droite est un triangle rectangle isocèle. Il peut dévier un rayon de π/2 ou de π.

Explication

Le rayon est réfracté à chaque interface et son angle d’incidence augmente. Une réflexion totale peut alors le renvoyer vers les couches inférieures.

Explication

Dans le milieu, la vitesse vaut v=c/n et la longueur d’onde λ=λ₀/n. La fréquence reste celle imposée par la source.

Explication

Un rayon lumineux est une représentation idéalisée de la trajectoire de l’énergie lumineuse lorsque les effets de diffraction sont négligés.

Explication

Dans un milieu, la longueur d’onde vérifie la relation λ = vT. La période dépend de la source, tandis que la vitesse et la longueur d’onde dépendent du milieu.

Explication

Un dioptre plan est une surface plane de séparation entre deux milieux transparents réfractant la lumière. Il ne s’agit ni d’une surface courbe ni d’une lentille.

Explication

Dans une fibre à gradient d’indice, l’indice du cœur croît continûment lorsqu’on s’éloigne de l’axe de symétrie. Cette variation progressive la distingue d’une fibre à saut d’indice.

Explication

Après excitation, les atomes reviennent vers des niveaux d’énergie inférieurs et émettent alors des photons de longueurs d’onde déterminées. L’absorption correspond au passage vers un niveau supérieur.

Explication

L’indice de l’air augmente avec sa masse volumique selon la relation (n−1)/ρ = constante. Ainsi, une augmentation de ρ entraîne une augmentation de n−1.

Explication

À incidence normale, i₁=0 et la loi de Snell-Descartes impose i₂=0 : le rayon ne change pas de direction.

Explication

Un milieu transparent, linéaire, homogène et isotrope permet une propagation rectiligne dans toutes les directions, à la vitesse c/n.

Explication

Lorsque n₁ < n₂, l’angle limite de réfraction vaut ℓ = arcsin(n₁/n₂). Dans cette situation, c’est l’angle réfracté qui est limité par ℓ.

Explication

Dans un mirage chaud, l’air proche du sol est plus chaud et son indice est plus faible, tandis que l’indice augmente avec l’altitude. Des rayons dirigés vers le bas peuvent alors subir une réflexion totale et être renvoyés vers l’observateur.

Explication

Dans une fibre à gradient d’indice, la lumière reste guidée et intégralement transmise lorsque le rayon de courbure n’est pas trop petit. Une courbure trop prononcée peut empêcher ce guidage efficace.

Explication

Une source ponctuelle paraît provenir d’un seul point tout en émettant dans toutes les directions. Une source étendue émet depuis une surface plus grande qu’un point.

Explication

Une onde électromagnétique est la propagation couplée de champs électrique et magnétique transverses, perpendiculaires à la direction de propagation, sans support matériel.

Explication

Fermat fonde son approche sur le principe du temps minimal : la lumière met un temps minimal pour aller d’un point à un autre.

Explication

La réflexion totale exige n₁ > n₂ et un angle d’incidence i₁ supérieur à l’angle limite ℓ′ = arcsin(n₂/n₁). Aucun rayon réfracté n’est alors produit.

Explication

L’atténuation diminue l’amplitude du signal, tandis que la dispersion le déforme en élargissant les impulsions. Ces deux phénomènes limitent la transmission.

Explication

Un catadioptre est un dispositif rétroréfléchissant : il renvoie la lumière vers l’émetteur. Cette propriété permet notamment de rendre visibles des véhicules ou des obstacles dans l’obscurité.

Explication

Un mirage froid ou supérieur peut rendre visibles des bateaux ou des îles très éloignés, voire situés derrière l’horizon, lorsque les rayons suivent la courbure locale de la mer.