QCM : Diffraction et interférences lumineuses (17 questions)

Question 1

1. Quel changement subit une onde lorsqu’elle est diffractée au passage par une petite ouverture ou un petit obstacle ?

Son énergie est entièrement absorbée.

Sa fréquence est modifiée.

Sa direction de propagation est modifiée.

Elle est renvoyée dans la direction opposée.

Explication

La diffraction se caractérise par une modification de la direction de propagation de l’onde au passage par une ouverture ou un obstacle de petite dimension. Une variation de fréquence, une réflexion et une absorption correspondent à d’autres phénomènes.

Answer

Sa direction de propagation est modifiée.

Question 2

2. Une onde de longueur d’onde $0{,}8\,\text{m}$ rencontre une ouverture de largeur $0{,}6\,\text{m}$ . Quelle conclusion s’applique à la diffraction ?

La diffraction est négligeable, car l’ouverture est plus petite que la longueur d’onde.

La diffraction peut être observée seulement si l’ouverture est très grande devant la longueur d’onde.

La diffraction peut être observée, car l’ouverture est plus petite que la longueur d’onde.

La diffraction est observable seulement si l’ouverture est exactement égale à la longueur d’onde.

Explication

La diffraction s’observe lorsque l’ouverture est de l’ordre de grandeur de la longueur d’onde ou plus petite qu’elle. L’idée d’une ouverture très grande inverse cette condition, tandis que l’égalité exacte est une exigence injustifiée.

Answer

La diffraction peut être observée, car l’ouverture est plus petite que la longueur d’onde.

Question 3

3. Par rapport à quel repère l’écart angulaire $\theta$ , ou demi-angle de diffraction, est-il défini ?

Le maximum d’intensité au centre de la figure.

La direction du faisceau incident avant la fente.

Le deuxième minimum de l’amplitude de l’onde.

Le premier minimum de l’amplitude de l’onde.

Explication

L’écart angulaire est repéré par rapport au premier minimum de l’amplitude. Le maximum central, le faisceau incident et le deuxième minimum ne sont pas le repère défini pour cet angle.

Answer

Le premier minimum de l’amplitude de l’onde.

Question 4

4. Une onde de longueur d’onde $\lambda=5{,}0\times10^{-7}\,\text{m}$ traverse une ouverture rectangulaire de largeur $a=1{,}0\times10^{-4}\,\text{m}$ . Quelle relation permet de déterminer l’angle de diffraction ?

\sin\theta=\lambda a

\theta=\frac{\lambda}{a}

\sin\theta=\frac{a}{\lambda}

\sin\theta=\frac{\lambda}{a}

Explication

Pour une ouverture rectangulaire, la relation exacte est $\sin\theta=\frac{\lambda}{a}$ . Le rapport inversé et le produit modifient la formule, tandis que $\theta=\frac{\lambda}{a}$ correspond à l’approximation des petits angles.

Answer

$$\sin\theta=\frac{\lambda}{a}$$

Question 5

5. Une fente de largeur $a=2{,}0\times10^{-4}\,\text{m}$ est éclairée par une onde de longueur d’onde $\lambda=6{,}0\times10^{-7}\,\text{m}$ . L’écran est à $D=2{,}0\,\text{m}$ et les petits angles sont admis. Quelle largeur de tache centrale obtient-on ?

1{,}3\times10^{3}\,\text{m}

6{,}0\times10^{-6}\,\text{m}

1{,}2\times10^{-2}\,\text{m}

6{,}0\times10^{-3}\,\text{m}

Explication

Dans l’approximation des petits angles, $\ell=\frac{2D\lambda}{a}$ . Le calcul donne $\ell=\frac{2\times2{,}0\times6{,}0\times10^{-7}}{2{,}0\times10^{-4}}=1{,}2\times10^{-2}\,\text{m}$ ; oublier le facteur deux donne la moitié du résultat, et inverser le rapport mène à une valeur démesurée.

Answer

$$1{,}2\times10^{-2}\,\text{m}$$

Question 6

6. Pourquoi la diffraction peut-elle empêcher un instrument optique de révéler les plus petits détails d’un objet observé ?

Elle réduit la luminosité de chaque détail sans affecter leur distinction.

Elle augmente le grossissement tout en déformant les couleurs.

Elle limite la capacité à distinguer des détails très proches.

Elle empêche le détecteur d’enregistrer les couleurs des détails.

Explication

La diffraction limite la capacité de résolution des instruments optiques, c’est-à-dire leur aptitude à distinguer les détails les plus petits. Une baisse de luminosité ou une déformation des couleurs ne décrit pas cette limite.

Answer

Elle limite la capacité à distinguer des détails très proches.

Question 7

7. Des rayons X diffractés par un cristal produisent des pics à certains angles sur un diffractogramme ; que permet principalement d’en déduire l’analyse de ces pics ?

La température du cristal pendant son exposition aux rayons X.

L’arrangement des atomes dans le cristal.

La forme extérieure du cristal à l’échelle macroscopique.

La couleur visible du cristal sous éclairage blanc.

Explication

Les faisceaux de rayons X diffractés interfèrent et donnent des pics à des angles caractéristiques ; leur position renseigne sur l’arrangement atomique du cristal. La couleur, la forme macroscopique et la température ne sont pas déterminées par cette signature.

Answer

L’arrangement des atomes dans le cristal.

Question 8

8. Deux perturbations de même nature se croisent en un point ; quel phénomène se produit lorsque leurs amplitudes s’additionnent ?

Une diffraction.

Une réflexion.

Une absorption.

Des interférences.

Explication

Les interférences résultent de la superposition de perturbations de même nature dont les amplitudes s’additionnent lorsqu’elles se croisent. La réflexion, la diffraction et l’absorption désignent d’autres phénomènes.

Answer

Des interférences.

Question 9

9. Dans une expérience, deux sources sinusoïdales ont la même fréquence et leur déphasage reste constant ; quelle vibration obtient-on au point où leurs ondes se superposent ?

Une vibration de fréquence variable, dont l’amplitude dépend de la distance.

Une vibration de même fréquence, dont l’amplitude dépend du déphasage.

Une vibration de même fréquence, dont l’amplitude est indépendante du déphasage.

Une vibration de fréquence égale à la somme des fréquences, d’amplitude fixe.

Explication

Des sources cohérentes ont la même fréquence et un déphasage constant ; leur vibration résultante garde cette fréquence, tandis que son amplitude dépend du déphasage. La fréquence ne s’additionne pas et l’amplitude n’est pas indépendante du déphasage.

Answer

Une vibration de même fréquence, dont l’amplitude dépend du déphasage.

Question 10

10. En un point, deux vibrations sont en phase et ont des amplitudes de $2\,\text{mm}$ et $3\,\text{mm}$ ; quelle est l’amplitude résultante ?

3\,\text{mm}

2{,}5\,\text{mm}

5\,\text{mm}

1\,\text{mm}

Explication

Des vibrations en phase produisent des interférences constructives : leurs amplitudes s’additionnent, soit $2+3=5\,\text{mm}$ . La soustraction correspond à l’opposition de phase, et retenir la plus grande amplitude ou leur moyenne ne respecte pas la règle.

Answer

$$5\,\text{mm}$$

Question 11

11. Deux ondes de même amplitude arrivent en opposition de phase en un point ; quel résultat décrit leurs interférences ?

Des interférences destructives d’amplitude résultante nulle.

Des interférences constructives d’amplitude résultante égale à une onde.

Des interférences destructives d’amplitude résultante non nulle.

Des interférences constructives d’amplitude résultante maximale.

Explication

L’opposition de phase donne des interférences destructives et une amplitude résultante minimale ; avec deux ondes de même amplitude, cette amplitude est nulle. L’addition maximale caractérise des vibrations en phase, tandis qu’un minimum non nul ne convient pas ici.

Answer

Des interférences destructives d’amplitude résultante nulle.

Question 12

12. Deux ondes cohérentes parcourent des distances différentes avant d’atteindre un point de réception. Que désigne la différence de marche $\delta$ ?

La différence entre les fréquences des deux ondes

La différence entre les amplitudes des deux ondes

La somme des distances parcourues par les deux ondes

La différence entre les distances parcourues par les deux ondes

Explication

La différence de marche est la différence entre les distances parcourues par les deux ondes cohérentes jusqu’au point de réception. La somme des distances est une distance totale, tandis que les amplitudes et les fréquences sont d’autres propriétés des ondes.

Answer

La différence entre les distances parcourues par les deux ondes

Question 13

13. Deux ondes de longueur d’onde $\lambda=0{,}60\,\text{m}$ arrivent en un point avec une différence de marche de $0{,}90\,\text{m}$ . Quel type d’interférences observe-t-on ?

Des interférences destructives, car

\delta=1\lambda

Des interférences destructives, car

\delta=1{,}5\lambda

Des interférences constructives, car

\delta=1{,}5\lambda

Des interférences constructives, car

\delta=2\lambda

Explication

Les interférences sont destructives lorsque $\delta=(k+\frac12)\lambda$ ; ici, $0{,}90/0{,}60=1{,}5$ , ce qui correspond à cette condition. La condition constructive exige un nombre entier de longueurs d’onde, et les valeurs de $1\lambda$ ou $2\lambda$ ne correspondent pas à la différence donnée.

Answer

Des interférences destructives, car $$\delta=1{,}5\lambda$$

Question 14

14. Dans une expérience de Young, quel rôle jouent les deux trous éclairés par la source monochromatique ?

Ils constituent deux sources secondaires cohérentes

Ils constituent deux sources indépendantes incohérentes

Ils constituent deux détecteurs secondaires cohérents

Ils constituent deux filtres de fréquences indépendants

Explication

Dans l’expérience de Young, la source monochromatique éclaire deux trous qui se comportent comme deux sources secondaires cohérentes. Les trous ne sont ni des détecteurs ni des sources indépendantes.

Answer

Ils constituent deux sources secondaires cohérentes

Question 15

15. Une onde électromagnétique traverse un milieu d’indice $n=1{,}5$ et présente une différence de marche $\delta=2{,}0\,\mu\text{m}$ . Quelle est sa différence de chemin optique ?

3{,}5\,\mu\text{m}

3{,}0\,\mu\text{m}

1{,}33\,\mu\text{m}

2{,}0\,\mu\text{m}

Explication

La différence de chemin optique vérifie $\Delta\ell=n\delta$ ; ainsi, $1{,}5\times2{,}0=3{,}0\,\mu\text{m}$ . Garder $\delta$ inchangée omet l’indice, tandis que la division ou l’addition ne respecte pas la relation.

Answer

$$3{,}0\,\mu\text{m}$$

Question 16

16. Dans un montage de Young, une frange brillante d’ordre $k=3$ est observée avec $\lambda_0=600\,\text{nm}$ , $D=2{,}0\,\text{m}$ , $n=1{,}5$ et $b=0{,}50\,\text{mm}$ . À quelle position $x_3$ se trouve-t-elle par rapport au centre ?

3,2 mm

4,8 mm

7,2 mm

5,6 mm

Explication

Pour une frange brillante, $x_k=\frac{k\lambda_0D}{nb}$ ; le calcul donne $\frac{3\times600\times10^{-9}\times2}{1{,}5\times0{,}50\times10^{-3}}=4{,}8\,\text{mm}$ . La valeur 7,2 mm oublie l’indice, 5,6 mm applique le décalage des franges sombres et 3,2 mm inverse les distances.

Question 17

17. Un montage de Young utilise une lumière de longueur d’onde dans le vide $\lambda_0=600\,\text{nm}$ , un écran situé à $D=2{,}0\,\text{m}$ , un milieu d’indice $n=1{,}5$ et des sources séparées de $b=0{,}40\,\text{mm}$ . Quelle est la distance entre deux franges brillantes successives ?

2,0 mm

1,5 mm

3,0 mm

4,0 mm

Explication

L’interfrange vaut $i=\frac{D\lambda_0}{nb}$ ; en substituant les données, on obtient $\frac{2{,}0\times600\times10^{-9}}{1{,}5\times0{,}40\times10^{-3}}=2{,}0\,\text{mm}$ . La valeur 3,0 mm omet l’indice, tandis que les autres valeurs résultent d’erreurs sur les facteurs ou d’une confusion avec une position de frange.

QCM : Diffraction et interférences lumineuses (17 questions)

Questions et réponses du QCM

1. Quel changement subit une onde lorsqu’elle est diffractée au passage par une petite ouverture ou un petit obstacle ?

2. Une onde de longueur d’onde $0{,}8\,\text{m}$ rencontre une ouverture de largeur $0{,}6\,\text{m}$ . Quelle conclusion s’applique à la diffraction ?

3. Par rapport à quel repère l’écart angulaire $\theta$ , ou demi-angle de diffraction, est-il défini ?

4. Une onde de longueur d’onde $\lambda=5{,}0\times10^{-7}\,\text{m}$ traverse une ouverture rectangulaire de largeur $a=1{,}0\times10^{-4}\,\text{m}$ . Quelle relation permet de déterminer l’angle de diffraction ?

5. Une fente de largeur $a=2{,}0\times10^{-4}\,\text{m}$ est éclairée par une onde de longueur d’onde $\lambda=6{,}0\times10^{-7}\,\text{m}$ . L’écran est à $D=2{,}0\,\text{m}$ et les petits angles sont admis. Quelle largeur de tache centrale obtient-on ?

6. Pourquoi la diffraction peut-elle empêcher un instrument optique de révéler les plus petits détails d’un objet observé ?

7. Des rayons X diffractés par un cristal produisent des pics à certains angles sur un diffractogramme ; que permet principalement d’en déduire l’analyse de ces pics ?

8. Deux perturbations de même nature se croisent en un point ; quel phénomène se produit lorsque leurs amplitudes s’additionnent ?

9. Dans une expérience, deux sources sinusoïdales ont la même fréquence et leur déphasage reste constant ; quelle vibration obtient-on au point où leurs ondes se superposent ?

10. En un point, deux vibrations sont en phase et ont des amplitudes de $2\,\text{mm}$ et $3\,\text{mm}$ ; quelle est l’amplitude résultante ?

11. Deux ondes de même amplitude arrivent en opposition de phase en un point ; quel résultat décrit leurs interférences ?

12. Deux ondes cohérentes parcourent des distances différentes avant d’atteindre un point de réception. Que désigne la différence de marche $\delta$ ?

13. Deux ondes de longueur d’onde $\lambda=0{,}60\,\text{m}$ arrivent en un point avec une différence de marche de $0{,}90\,\text{m}$ . Quel type d’interférences observe-t-on ?

14. Dans une expérience de Young, quel rôle jouent les deux trous éclairés par la source monochromatique ?

15. Une onde électromagnétique traverse un milieu d’indice $n=1{,}5$ et présente une différence de marche $\delta=2{,}0\,\mu\text{m}$ . Quelle est sa différence de chemin optique ?

16. Dans un montage de Young, une frange brillante d’ordre $k=3$ est observée avec $\lambda_0=600\,\text{nm}$ , $D=2{,}0\,\text{m}$ , $n=1{,}5$ et $b=0{,}50\,\text{mm}$ . À quelle position $x_3$ se trouve-t-elle par rapport au centre ?

17. Un montage de Young utilise une lumière de longueur d’onde dans le vide $\lambda_0=600\,\text{nm}$ , un écran situé à $D=2{,}0\,\text{m}$ , un milieu d’indice $n=1{,}5$ et des sources séparées de $b=0{,}40\,\text{mm}$ . Quelle est la distance entre deux franges brillantes successives ?

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Questions et réponses du QCM

1. Quel changement subit une onde lorsqu’elle est diffractée au passage par une petite ouverture ou un petit obstacle ?

2. Une onde de longueur d’onde 0,8 m0{,}8\,\text{m}0,8m rencontre une ouverture de largeur 0,6 m0{,}6\,\text{m}0,6m. Quelle conclusion s’applique à la diffraction ?

3. Par rapport à quel repère l’écart angulaire θ\thetaθ, ou demi-angle de diffraction, est-il défini ?

4. Une onde de longueur d’onde λ=5,0×10−7 m\lambda=5{,}0\times10^{-7}\,\text{m}λ=5,0×10−7m traverse une ouverture rectangulaire de largeur a=1,0×10−4 ma=1{,}0\times10^{-4}\,\text{m}a=1,0×10−4m. Quelle relation permet de déterminer l’angle de diffraction ?

6. Pourquoi la diffraction peut-elle empêcher un instrument optique de révéler les plus petits détails d’un objet observé ?

7. Des rayons X diffractés par un cristal produisent des pics à certains angles sur un diffractogramme ; que permet principalement d’en déduire l’analyse de ces pics ?

8. Deux perturbations de même nature se croisent en un point ; quel phénomène se produit lorsque leurs amplitudes s’additionnent ?

9. Dans une expérience, deux sources sinusoïdales ont la même fréquence et leur déphasage reste constant ; quelle vibration obtient-on au point où leurs ondes se superposent ?

10. En un point, deux vibrations sont en phase et ont des amplitudes de 2 mm2\,\text{mm}2mm et 3 mm3\,\text{mm}3mm ; quelle est l’amplitude résultante ?

11. Deux ondes de même amplitude arrivent en opposition de phase en un point ; quel résultat décrit leurs interférences ?

12. Deux ondes cohérentes parcourent des distances différentes avant d’atteindre un point de réception. Que désigne la différence de marche δ\deltaδ ?

13. Deux ondes de longueur d’onde λ=0,60 m\lambda=0{,}60\,\text{m}λ=0,60m arrivent en un point avec une différence de marche de 0,90 m0{,}90\,\text{m}0,90m. Quel type d’interférences observe-t-on ?

14. Dans une expérience de Young, quel rôle jouent les deux trous éclairés par la source monochromatique ?

15. Une onde électromagnétique traverse un milieu d’indice n=1,5n=1{,}5n=1,5 et présente une différence de marche δ=2,0 μm\delta=2{,}0\,\mu\text{m}δ=2,0μm. Quelle est sa différence de chemin optique ?

16. Dans un montage de Young, une frange brillante d’ordre k=3k=3k=3 est observée avec λ0=600 nm\lambda_0=600\,\text{nm}λ0​=600nm, D=2,0 mD=2{,}0\,\text{m}D=2,0m, n=1,5n=1{,}5n=1,5 et b=0,50 mmb=0{,}50\,\text{mm}b=0,50mm. À quelle position x3x_3x3​ se trouve-t-elle par rapport au centre ?

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2. Une onde de longueur d’onde $0{,}8\,\text{m}$ rencontre une ouverture de largeur $0{,}6\,\text{m}$ . Quelle conclusion s’applique à la diffraction ?

3. Par rapport à quel repère l’écart angulaire $\theta$ , ou demi-angle de diffraction, est-il défini ?

4. Une onde de longueur d’onde $\lambda=5{,}0\times10^{-7}\,\text{m}$ traverse une ouverture rectangulaire de largeur $a=1{,}0\times10^{-4}\,\text{m}$ . Quelle relation permet de déterminer l’angle de diffraction ?

10. En un point, deux vibrations sont en phase et ont des amplitudes de $2\,\text{mm}$ et $3\,\text{mm}$ ; quelle est l’amplitude résultante ?

12. Deux ondes cohérentes parcourent des distances différentes avant d’atteindre un point de réception. Que désigne la différence de marche $\delta$ ?

13. Deux ondes de longueur d’onde $\lambda=0{,}60\,\text{m}$ arrivent en un point avec une différence de marche de $0{,}90\,\text{m}$ . Quel type d’interférences observe-t-on ?

15. Une onde électromagnétique traverse un milieu d’indice $n=1{,}5$ et présente une différence de marche $\delta=2{,}0\,\mu\text{m}$ . Quelle est sa différence de chemin optique ?

16. Dans un montage de Young, une frange brillante d’ordre $k=3$ est observée avec $\lambda_0=600\,\text{nm}$ , $D=2{,}0\,\text{m}$ , $n=1{,}5$ et $b=0{,}50\,\text{mm}$ . À quelle position $x_3$ se trouve-t-elle par rapport au centre ?