QCM : Diffraction et interférences (9 questions)

Questions et réponses du QCM

1. Que désigne la diffraction d’une onde lorsqu’elle rencontre un obstacle de petite dimension ?

Une absorption complète de son énergie par l’obstacle
Une transformation de sa nature mécanique en onde lumineuse
Une augmentation de sa fréquence après réflexion
Une modification de sa direction de propagation

Une modification de sa direction de propagation

Explication

La diffraction correspond à un changement de direction de propagation lorsqu’une onde rencontre un obstacle de petite dimension. L’absorption décrit une perte d’énergie, et non cette déviation de l’onde.

2. Que devient une onde mécanique plane après avoir traversé une fente dont la dimension est voisine de sa longueur d’onde ?

Elle reste plane et s’arrête au bord de la fente
Elle devient rectiligne et revient vers sa source
Elle se divise en deux ondes planes parallèles
Elle devient circulaire et se propage au-delà de l’obstacle

Elle devient circulaire et se propage au-delà de l’obstacle

Explication

Une fente de dimension voisine de la longueur d’onde entraîne une propagation circulaire de l’onde au-delà de l’obstacle. Une onde qui reste plane ne rend pas compte de cet étalement après la fente.

3. Comment la diffraction évolue-t-elle lorsque la dimension de l’obstacle devient voisine ou inférieure à la longueur d’onde incidente ?

Elle disparaît lorsque l’obstacle est plus petit
Elle devient plus marquée
Elle reste inchangée si la fréquence est constante
Elle devient moins marquée

Elle devient plus marquée

Explication

La diffraction dépend de la longueur d’onde et de la dimension de l’obstacle, et elle est d’autant plus marquée que cette dimension est voisine ou inférieure à la longueur d’onde. Une diminution de l’obstacle ne fait donc pas disparaître la diffraction.

4. Que représente l’écart angulaire de diffraction θ et dans quelle unité s’exprime-t-il ?

Le demi-angle délimitant les premiers minima d’amplitude, exprimé en radians
L’angle entre deux maxima successifs, exprimé en secondes
L’angle entre l’onde incidente et l’obstacle, exprimé en degrés
La largeur de la tache centrale, exprimée en mètres

Le demi-angle délimitant les premiers minima d’amplitude, exprimé en radians

Explication

L’écart angulaire θ est le demi-angle qui délimite les premiers minima d’amplitude, et sa mesure s’exprime en radians. La largeur de la tache centrale est une distance, pas la définition de cet angle.

5. Qu’appelle-t-on la tache d’Airy dans l’image formée par un instrument optique ?

La zone centrale éclairée entourée de franges alternées dans une fente
La figure de cercles concentriques produite par l’image d’un point
La succession de franges sombres et brillantes créée par deux ondes cohérentes
La limite angulaire séparant deux directions de propagation voisines

La figure de cercles concentriques produite par l’image d’un point

Explication

La diffraction fait qu’un point n’est pas représenté comme un point idéal, mais par une figure constituée de cercles concentriques appelée tache d’Airy. La succession de franges sombres et brillantes relève des interférences, et non de cette image diffractée d’un point.

6. Dans quelles conditions deux ondes peuvent-elles produire des interférences observables ?

Elles doivent avoir des amplitudes égales et des directions de propagation opposées.
Elles doivent provenir de sources différentes et avoir des longueurs d’onde distinctes.
Elles doivent être cohérentes, de même fréquence et de même longueur d’onde.
Elles doivent être polychromatiques et présenter un déphasage variable.

Elles doivent être cohérentes, de même fréquence et de même longueur d’onde.

Explication

Des interférences observables exigent des ondes cohérentes, donc de même fréquence avec un déphasage constant, ainsi que monochromatiques et de même longueur d’onde. Des amplitudes égales ne suffisent pas à assurer ces conditions de cohérence.

7. Dans l’expérience des trous de Young, quelle fonction remplit l’interfrange ?

Il caractérise l’écart entre une frange brillante et la frange sombre la plus proche.
Il mesure la distance entre les deux trous et l’écran pour une longueur d’onde donnée.
Il mesure la plus petite distance entre deux franges brillantes consécutives ou deux franges sombres consécutives.
Il indique la différence de trajet entre les ondes issues des deux trous en un point de l’écran.

Il mesure la plus petite distance entre deux franges brillantes consécutives ou deux franges sombres consécutives.

Explication

L’interfrange sert à caractériser l’espacement minimal entre deux franges de même nature, brillantes ou sombres. La différence de trajet entre les deux ondes en un point correspond plutôt à la différence de marche.

8. En quoi la diffraction d’un faisceau laser par une fente diffère-t-elle de sa propagation rectiligne en l’absence d’obstacle ?

Elle étale la lumière perpendiculairement à la fente au lieu de la laisser suivre une ligne droite.
Elle réfléchit la lumière vers sa source au lieu de la laisser poursuivre son trajet.
Elle absorbe la lumière au niveau de la fente et empêche sa propagation au-delà.
Elle concentre la lumière dans un faisceau plus étroit aligné sur la fente.

Elle étale la lumière perpendiculairement à la fente au lieu de la laisser suivre une ligne droite.

Explication

La diffraction dévie et disperse la lumière perpendiculairement à l’obstacle, alors qu’en propagation rectiligne le faisceau poursuit sa direction initiale. La réflexion vers la source correspond à un autre phénomène et ne décrit pas l’effet observé ici.

9. À longueur d’onde incidente fixée, quel effet une diminution de la dimension de l’obstacle a-t-elle sur l’écart angulaire de diffraction ?

Elle augmente l’écart angulaire, car celui-ci est inversement proportionnel à la dimension de l’obstacle.
Elle diminue l’écart angulaire, car celui-ci est proportionnel à la dimension de l’obstacle.
Elle laisse l’écart angulaire inchangé, car celui-ci dépend seulement de la longueur d’onde.
Elle rend l’écart angulaire nul dès que l’obstacle devient plus petit que la longueur d’onde.

Elle augmente l’écart angulaire, car celui-ci est inversement proportionnel à la dimension de l’obstacle.

Explication

La relation θ=λa\theta = \frac{\lambda}{a} montre qu’à longueur d’onde fixée, une diminution de la dimension aa accroît l’écart angulaire. L’écart ne reste donc pas constant : il dépend aussi de la dimension de l’obstacle.

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Qu’est-ce que la diffraction d’une onde ?

La modification de sa direction de propagation au contact d’un petit obstacle.

De quels paramètres dépend la diffraction, et quand est-elle plus marquée ?

Elle dépend de la longueur d’onde incidente λ et de la dimension a de l’obstacle ; elle est plus marquée lorsqu'a est voisin ou inférieur à λ.

Quelle relation donne l’écart angulaire de diffraction θ ?

θ=λa\theta = \frac{\lambda}{a}

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