QCM : Fondements de l’optique géométrique (44 questions)

Questions et réponses du QCM

1. Quelle opposition décrit correctement les conceptions de la vision de Platon et d’Ibn al-Haytham ?

Platon faisait émettre des rayons par l’œil, tandis qu’Ibn al-Haytham considérait l’œil comme récepteur passif de la lumière environnante.
Platon considérait l’œil comme récepteur passif, tandis qu’Ibn al-Haytham lui attribuait l’émission de rayons vers les objets.
Les deux penseurs attribuaient à l’œil l’émission de rayons, mais divergeaient sur leur transmission à l’âme.
Platon faisait recevoir la lumière par l’œil, tandis qu’Ibn al-Haytham expliquait la vision par le mouvement transmis à l’âme.

Platon faisait émettre des rayons par l’œil, tandis qu’Ibn al-Haytham considérait l’œil comme récepteur passif de la lumière environnante.

Explication

Platon défendait une vision active où l’œil émet des rayons, alors qu’Ibn al-Haytham soutenait que la lumière vient de l’environnement et que l’œil la reçoit. La réception passive attribuée à Platon inverse les conceptions; l’émission attribuée à Ibn al-Haytham inverse également les rôles; la transmission des mouvements à l’âme caractérise la conception de Platon.

2. Quel domaine l’optique étudie-t-elle au-delà des phénomènes lumineux directement perçus par l’œil ?

Les phénomènes engendrés par une cause de même nature que celle des phénomènes visuels.
Les effets produits uniquement par les radiations visibles.
Les phénomènes lumineux directement perçus par l’œil humain.
Les phénomènes engendrés par toute cause physique, quelle que soit sa nature.

Les phénomènes engendrés par une cause de même nature que celle des phénomènes visuels.

Explication

L’optique englobe les phénomènes visuels ainsi que ceux produits par une cause de même nature que les phénomènes visuels. La définition ne s’étend pas à toute cause physique, ne se limite pas à la perception directe et ne restreint pas le domaine aux radiations visibles.

3. Un capteur reproduit la sensibilité spectrale de l’œil humain. Quelles longueurs d’onde ce capteur détecte-t-il dans le domaine visible ?

De 800 nm à 400 nm.
De 800 nm à 1 200 nm.
De 400 nm à 800 nm.
De 200 nm à 400 nm.

De 400 nm à 800 nm.

Explication

Le domaine visible auquel l’œil humain est sensible s’étend de 400 nm à 800 nm. La plage de 200 à 400 nm correspond à une confusion avec les ultraviolets; 800 à 1 200 nm décale la plage vers l’infrarouge; l’intervalle décroissant inverse les limites.

4. Dans une expérience, une source éclaire un objet et un observateur en reçoit la lumière. Quelle interprétation correspond à l’explication d’Ibn al-Haytham ?

L’objet éclairé est à l’origine de rayons rectilignes reçus par l’œil.
La source lumineuse reçoit les rayons rectilignes issus de l’objet.
L’œil émet des rayons rectilignes qui atteignent l’objet éclairé.
L’objet éclairé reçoit les rayons rectilignes émis par l’œil.

L’objet éclairé est à l’origine de rayons rectilignes reçus par l’œil.

Explication

Ibn al-Haytham a compris que les objets éclairés par des sources sont à l’origine de rayons lumineux rectilignes et que l’œil ne les émet pas. L’émission par l’œil reprend la conception ancienne; la source n’est pas le récepteur indiqué; l’idée que l’œil envoie des rayons vers l’objet inverse le sens de propagation.

5. Une équipe étudie les règles suivies par la lumière lorsqu’elle passe de l’air à l’eau, deux milieux transparents différents. À quelle période ces lois ont-elles été établies ?

Au XIe siècle.
Au IIe siècle.
Au XVIIe siècle.
Durant l’Antiquité, entre -3000 et 477.

Au XVIIe siècle.

Explication

Les lois de la réfraction lors du passage entre deux milieux transparents différents ont été établies au XVIIe siècle. L’Antiquité est associée à la notion de rayons lumineux et à la réflexion; le XIe siècle renvoie notamment à Ibn al-Haytham, tandis que le IIe siècle correspond à l’époque de Ptolémée.

6. Quelle opposition distingue les conceptions de la lumière défendues par Huygens et Newton ?

Huygens et Newton défendent tous deux une théorie ondulatoire.
Huygens et Newton défendent tous deux une théorie de grains lumineux.
Huygens développe l’approche ondulatoire, tandis que Newton défend une théorie de grains lumineux.
Huygens défend les grains lumineux, tandis que Newton développe l’approche ondulatoire.

Huygens développe l’approche ondulatoire, tandis que Newton défend une théorie de grains lumineux.

Explication

Huygens développe l’idée ondulatoire proposée par Hooke, alors que Newton conçoit la lumière comme des grains lancés par l’objet lumineux. L’approche ondulatoire attribuée à Newton inverse leurs positions, et les deux réponses présentant une théorie commune effacent cette opposition.

7. Quelle contribution Fresnel apporte-t-il en 1818 à l’explication de la diffraction ?

Il synthétise les idées de Huygens et de Young pour expliquer la polarisation de la lumière.
Il synthétise les idées de Huygens et de Newton pour expliquer la lumière dans les zones d’ombre géométrique.
Il synthétise les idées de Huygens et de Young pour expliquer la lumière dans les zones d’ombre géométrique.
Il synthétise les idées de Huygens et de Young pour mesurer la vitesse de la lumière.

Il synthétise les idées de Huygens et de Young pour expliquer la lumière dans les zones d’ombre géométrique.

Explication

En 1818, Fresnel combine les idées de Huygens et de Young afin d’expliquer la diffraction, c’est-à-dire la présence de lumière dans les zones d’ombre géométrique. La polarisation, la mesure astronomique de la vitesse et l’association avec Newton ne correspondent pas à cette contribution.

8. Dans une onde lumineuse décrite par la théorie de Maxwell, quelle orientation ont les champs électrique et magnétique par rapport à la direction de propagation ?

Le champ électrique est parallèle à la propagation et le champ magnétique lui est perpendiculaire.
Les deux champs sont parallèles à la direction de propagation.
Les deux champs sont parallèles entre eux et perpendiculaires à la propagation.
Les deux champs sont perpendiculaires à la direction de propagation.

Les deux champs sont perpendiculaires à la direction de propagation.

Explication

Une onde lumineuse électromagnétique est transversale : ses champs électrique et magnétique sont perpendiculaires à la direction de propagation. Une orientation parallèle à cette direction correspond à la confusion avec une onde longitudinale, et les deux champs ne sont pas parallèles entre eux.

9. Quelle hypothèse Planck propose-t-il en 1900 sur l’émission d’énergie sous forme d’ondes électromagnétiques ?

La propagation de l’onde se fait par portions séparées appelées quanta.
L’énergie est émise par portions séparées appelées quanta.
L’énergie est émise de façon continue, sans portions distinctes.
L’énergie est émise sous forme de photons pour expliquer l’effet photoémissif.

L’énergie est émise par portions séparées appelées quanta.

Explication

Planck propose que l’émission d’énergie se fasse par quanta, c’est-à-dire par portions séparées plutôt que de façon continue. Le photon associé à l’effet photoémissif relève de l’explication d’Einstein, et l’hypothèse de Planck concerne l’émission, non la propagation.

10. Quel rôle Einstein attribue-t-il au photon en 1905 ?

Il fait intervenir le photon pour expliquer la diffraction dans les zones d’ombre.
Il fait intervenir le photon pour expliquer l’effet photoémissif.
Il relie la dualité onde-corpuscule par la relation E=hνE = h\nu.
Il propose les quanta pour décrire l’émission d’énergie en 1900.

Il fait intervenir le photon pour expliquer l’effet photoémissif.

Explication

En 1905, Einstein réintroduit l’aspect corpusculaire de la lumière en faisant intervenir le photon pour expliquer l’effet photoémissif. Les quanta de l’émission renvoient à Planck, la diffraction à Fresnel, et la relation E=hνE = h\nu à de Broglie.

11. Une expérience met en évidence des franges d’interférence et une diffraction. Quelle branche de l’optique permet de rendre compte de ces deux phénomènes ?

L’optique ondulatoire
L’optique photonique
L’optique électromagnétique
L’optique géométrique

L’optique ondulatoire

Explication

L’optique ondulatoire s’appuie sur la nature ondulatoire de la lumière pour expliquer les interférences et la diffraction. L’optique géométrique traite la formation des images, l’optique photonique la nature corpusculaire, et les équations de Maxwell caractérisent l’optique électromagnétique.

12. Pour déterminer correctement la formation d’une image par un système optique, tout en utilisant un modèle simplifié de la théorie ondulatoire, quelle branche convient ?

L’optique photonique
L’optique électromagnétique
L’optique géométrique
L’optique ondulatoire

L’optique géométrique

Explication

L’optique géométrique est une théorie approchée et simplifiée de la théorie ondulatoire qui permet de traiter correctement la formation des images. L’optique ondulatoire explique notamment les interférences, l’optique photonique étudie la nature corpusculaire et l’optique électromagnétique repose sur les équations de Maxwell.

13. Un chercheur veut expliquer l’effet photoélectrique à partir de la notion de photon. Quelle branche de l’optique doit-il mobiliser ?

L’optique physiologique
L’optique ondulatoire
L’optique photonique ou quantique
L’optique instrumentale

L’optique photonique ou quantique

Explication

L’optique photonique ou quantique étudie la nature corpusculaire de la lumière et la notion de photon, ce qui permet notamment d’expliquer l’effet photoélectrique. L’optique instrumentale concerne les systèmes optiques, l’optique ondulatoire les phénomènes comme les interférences et l’optique physiologique la vision.

14. Une bougie et une lampe à filament chauffé sont comparées à une source laser. Quelle caractéristique distingue les deux sources classiques ?

Elles sont incohérentes et leur spectre est monochromatique
Elles sont incohérentes et leur spectre est continu
Elles sont cohérentes et leur spectre est monochromatique
Elles sont cohérentes et leur spectre est continu

Elles sont incohérentes et leur spectre est continu

Explication

Les sources classiques, comme les bougies et les lampes à filament, émettent une lumière incohérente à spectre continu. La cohérence et le caractère monochromatique caractérisent les sources laser, tandis que l’incohérence ne signifie pas une absence d’émission.

15. Dans un montage, une source laser est choisie pour fournir une lumière à la fois cohérente et composée d’une seule fréquence. Quelles propriétés caractérisent cette source ?

Incohérente et monochromatique
Incohérente et à spectre continu
Cohérente et à spectre continu
Cohérente et monochromatique

Cohérente et monochromatique

Explication

Les sources laser sont cohérentes et monochromatiques. Un spectre continu et l’incohérence caractérisent les sources classiques; les deux autres combinaisons mêlent une propriété laser à une propriété classique.

16. Quelle contribution Einstein apporte-t-il à la théorie de la lumière en 1905 ?

Il observe des interférences qui renforcent le point de vue ondulatoire.
Il établit la valeur de la vitesse de la lumière dans le vide.
Il introduit le concept de photons, relançant la théorie corpusculaire.
Il défend le point de vue ondulatoire de la lumière.

Il introduit le concept de photons, relançant la théorie corpusculaire.

Explication

En 1905, Einstein introduit le concept de photons, ce qui fait renaître la théorie corpusculaire. Le point de vue ondulatoire est associé à Huygens, les interférences à Fresnel et la vitesse dans le vide est une caractéristique physique de la lumière.

17. Un signal lumineux traverse le vide pendant 2,0 s2{,}0\ \text{s}. Quelle distance parcourt-il approximativement ?

Environ 600 km600\ \text{km}
Environ 600 000 km600\,000\ \text{km}
Environ 300 000 km300\,000\ \text{km}
Environ 680 m680\ \text{m}

Environ $$600\,000\ \text{km}$$

Explication

Dans le vide, la lumière se propage à environ 300 000 km/s300\,000\ \text{km/s} ; en 2,0 s2{,}0\ \text{s}, elle parcourt donc environ 2×300 000=600 000 km2\times300\,000=600\,000\ \text{km}. 600 km600\ \text{km} correspond à une vitesse mille fois trop faible, 680 m680\ \text{m} évoque celle du son et 300 000 km300\,000\ \text{km} ne compte qu’une seconde.

18. Dans une expérience, un faisceau lumineux forme des franges d’interférence et s’étale après avoir traversé une ouverture étroite. Quelle théorie permet d’expliquer ces deux phénomènes ?

La théorie de Maxwell prise comme explication distincte de l’optique ondulatoire
L’hypothèse d’un éther matériel nécessaire à la propagation
La théorie ondulatoire de la lumière
La théorie corpusculaire de la lumière

La théorie ondulatoire de la lumière

Explication

La diffraction et les interférences sont expliquées par la théorie ondulatoire de la lumière. La théorie corpusculaire ne rend pas compte de ces phénomènes dans le cadre décrit, tandis que Maxwell caractérise la lumière comme phénomène électromagnétique et que l’existence de l’éther n’a pas été démontrée.

19. Une expérience détecte la lumière dans une région dépourvue de matière. Quelle interprétation correspond à la théorie de Maxwell ?

La lumière requiert un milieu matériel, comme une onde sonore.
La lumière se propage dans le vide parce qu’elle est composée de corpuscules.
La lumière est un phénomène électromagnétique pouvant se propager dans le vide.
La lumière requiert un éther matériel comme support de propagation.

La lumière est un phénomène électromagnétique pouvant se propager dans le vide.

Explication

La théorie de Maxwell associe la lumière à un phénomène électromagnétique qui peut se propager sans milieu matériel. L’éther était un support hypothétique non démontré, et l’exigence d’un milieu matériel concerne notamment le son plutôt que la lumière.

20. Un signal lumineux périodique a une période de 4,0×10−9 s4{,}0\times10^{-9}\ \text{s}. Quelle est sa fréquence ?

4,0×10−9 Hz4{,}0\times10^{-9}\ \text{Hz}
2,5×108 Hz2{,}5\times10^{8}\ \text{Hz}
1,0×109 Hz1{,}0\times10^{9}\ \text{Hz}
4,0×109 Hz4{,}0\times10^{9}\ \text{Hz}

$$2{,}5\times10^{8}\ \text{Hz}$$

Explication

La période et la fréquence vérifient T=1νT=\frac{1}{\nu}, donc ν=1T=14,0×10−9=2,5×108 Hz\nu=\frac{1}{T}=\frac{1}{4{,}0\times10^{-9}}=2{,}5\times10^{8}\ \text{Hz}. 4,0×109 Hz4{,}0\times10^{9}\ \text{Hz} omet l’inversion, tandis que les autres valeurs ne respectent pas le calcul réciproque.

21. Un faisceau est obtenu en superposant plusieurs ondes monochromatiques de fréquences différentes. Comment le caractériser ?

Comme une onde polychromatique, dotée d’une fréquence unique.
Comme une onde polychromatique, issue de plusieurs ondes monochromatiques.
Comme une onde monochromatique, dotée d’une fréquence définie.
Comme une onde monochromatique, dotée d’une longueur d’onde définie.

Comme une onde polychromatique, issue de plusieurs ondes monochromatiques.

Explication

Une onde polychromatique résulte de la juxtaposition de plusieurs ondes monochromatiques, tandis qu’une onde monochromatique possède une fréquence et une longueur d’onde bien définies. L’idée d’une fréquence unique ou d’une seule composante caractérise à tort le faisceau décrit comme monochromatique.

22. Dans un milieu, une onde de fréquence 5,0×1014 Hz5{,}0\times10^{14}\ \text{Hz} se propage à 2,0×108 m/s2{,}0\times10^8\ \text{m/s}. Quelle est sa longueur d’onde dans ce milieu ?

1,5×1023 m1{,}5\times10^{23}\ \text{m}
2,5×106 m2{,}5\times10^6\ \text{m}
4,0×10−7 m4{,}0\times10^{-7}\ \text{m}
6,0×10−7 m6{,}0\times10^{-7}\ \text{m}

$$4{,}0\times10^{-7}\ \text{m}$$

Explication

La longueur d’onde dans un milieu vaut λ=V/ν\lambda=V/\nu, donc 2,0×108/(5,0×1014)=4,0×10−7 m2{,}0\times10^8/(5{,}0\times10^{14})=4{,}0\times10^{-7}\ \text{m}. L’inversion donne une valeur en mètre erronée, la célérité du vide ignore le milieu et le produit ne correspond pas à la formule.

23. Quel enchaînement place correctement ces domaines du spectre électromagnétique, des longueurs d’onde les plus grandes vers les plus petites ?

Ondes radio, micro-ondes, infrarouges, lumière visible, ultraviolets, rayons gamma, rayons X
Ondes radio, micro-ondes, ultraviolets, lumière visible, infrarouges, rayons X, rayons gamma
Ondes radio, micro-ondes, infrarouges, lumière visible, ultraviolets, rayons X, rayons gamma
Ondes radio, infrarouges, micro-ondes, lumière visible, ultraviolets, rayons X, rayons gamma

Ondes radio, micro-ondes, infrarouges, lumière visible, ultraviolets, rayons X, rayons gamma

Explication

En allant des grandes longueurs d’onde aux petites, l’ordre est celui des ondes radio, des micro-ondes, des infrarouges, du visible, des ultraviolets, des rayons X et des rayons gamma. L’option avec les ultraviolets avant le visible inverse deux domaines voisins, celle avec gamma avant X inverse les deux domaines de haute fréquence, et celle avec infrarouges avant micro-ondes permute ces domaines.

24. Une chercheuse veut distinguer la description de l’ensemble des domaines de longueurs d’onde de celle de la lumière émise par une lampe donnée. Quelle distinction doit-elle faire ?

Le spectre électromagnétique couvre les domaines de longueurs d’onde, tandis que celui de la lampe décrit le contenu en longueurs d’onde de sa lumière.
Le spectre de la lampe couvre les domaines de longueurs d’onde, tandis que le spectre électromagnétique décrit sa lumière.
Le spectre électromagnétique désigne le visible, tandis que celui de la lampe couvre toutes les ondes électromagnétiques.
Le spectre électromagnétique décrit l’intensité de la lampe, tandis que celui de la lampe désigne ses fréquences possibles.

Le spectre électromagnétique couvre les domaines de longueurs d’onde, tandis que celui de la lampe décrit le contenu en longueurs d’onde de sa lumière.

Explication

Le spectre électromagnétique couvre les domaines de longueurs d’onde, alors que le spectre d’une source représente le contenu en longueurs d’onde de sa lumière. L’attribution du contenu de la lampe au spectre électromagnétique confond les notions; le visible n’est qu’un domaine, et l’intensité n’est pas la distinction définissant le spectre d’une source.

25. Une expérience met en évidence un comportement ondulatoire de la lumière, tandis qu’une autre révèle un comportement corpusculaire. Quelle interprétation correspond à la théorie dualiste ?

La lumière peut se comporter comme une onde ou comme une particule selon les conditions.
La lumière est une particule, et les observations ondulatoires traduisent une mesure indirecte.
La lumière est une onde, et les observations corpusculaires traduisent une mesure incomplète.
La lumière passe d’une onde à une particule uniquement lorsque sa fréquence change.

La lumière peut se comporter comme une onde ou comme une particule selon les conditions.

Explication

La théorie dualiste décrit un comportement ondulatoire dans certaines conditions et corpusculaire dans d’autres. L’idée d’exclusion entre ces comportements, la réduction à l’onde ou à la particule, et l’explication par un changement de fréquence ne correspondent pas à cette dualité.

26. Un photon a une fréquence de 3,0×1014 Hz3{,}0\times10^{14}\ \text{Hz}. Quelle énergie lui associe la relation de Planck, avec h=6,62×10−34 J sh=6{,}62\times10^{-34}\ \text{J\,s} ?

1,99×10−19 J1{,}99\times10^{-19}\ \text{J}
2,21×10−48 J2{,}21\times10^{-48}\ \text{J}
1,99×1048 J1{,}99\times10^{48}\ \text{J}
6,62×10−34 J6{,}62\times10^{-34}\ \text{J}

$$1{,}99\times10^{-19}\ \text{J}$$

Explication

L’énergie d’un photon est E=hνE=h\nu; ainsi, 6,62×10−34×3,0×1014=1,986×10−19 J6{,}62\times10^{-34}\times3{,}0\times10^{14}=1{,}986\times10^{-19}\ \text{J}, soit environ 1,99×10−19 J1{,}99\times10^{-19}\ \text{J}. La division inverse le rapport, reprendre la constante seule omet la fréquence, et une puissance positive de 104810^{48} résulte d’une erreur sur les exposants.

27. Quelle grandeur caractéristique de la lumière est associée à une couleur donnée ?

Sa fréquence
Sa vitesse de propagation
Son amplitude
Sa période

Sa fréquence

Explication

Chaque fréquence correspond à une couleur différente, et une onde lumineuse est caractérisée par sa fréquence ou sa longueur d’onde. L’amplitude décrit une autre caractéristique de l’onde, tandis que la vitesse dans le milieu et la période seule ne déterminent pas la couleur selon cette relation.

28. Éclairé par une lumière blanche, un objet absorbe certaines longueurs d’onde et réfléchit les autres. Quelle couleur paraît-il avoir ?

Le noir, dès qu’une partie du spectre est absorbée
Le blanc, quelle que soit la sélection spectrale
La couleur des longueurs d’onde réfléchies
La couleur des longueurs d’onde absorbées

La couleur des longueurs d’onde réfléchies

Explication

La couleur perçue correspond aux longueurs d’onde que l’objet réfléchit; celles qu’il absorbe sont retirées de la lumière renvoyée. La couleur des longueurs d’onde absorbées inverse le rôle de réflexion et d’absorption, le blanc correspond à une réflexion sans filtrage et le noir à l’absorption de tout le spectre.

29. Dans le vide, une lumière de fréquence 6×1014 Hz6\times10^{14}\ \mathrm{Hz} a une longueur d’onde d’environ quelle valeur ?

2×1023 m2\times10^{23}\ \mathrm{m}
1,8×1023 m1{,}8\times10^{23}\ \mathrm{m}
5×10−7 m5\times10^{-7}\ \mathrm{m}
5×10−6 m5\times10^{-6}\ \mathrm{m}

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

Explication

La relation dans le vide est λ=cν\lambda=\frac{c}{\nu}, donc λ=3×1086×1014=5×10−7 m\lambda=\frac{3\times10^8}{6\times10^{14}}=5\times10^{-7}\ \mathrm{m}. La valeur 2×1023 m2\times10^{23}\ \mathrm{m} résulte de l’inversion fréquence-période, 1,8×1023 m1{,}8\times10^{23}\ \mathrm{m} d’une multiplication par la fréquence, et 5×10−6 m5\times10^{-6}\ \mathrm{m} d’une erreur de puissance de dix.

30. La lumière se propage à 2,0×108 m s−12{,}0\times10^8\ \mathrm{m\,s^{-1}} dans un matériau. Quel est son indice de réfraction, avec c=3,0×108 m s−1c=3{,}0\times10^8\ \mathrm{m\,s^{-1}} ?

0,670{,}67
1,51{,}5
1,0×1081{,}0\times10^8
5,0×1075{,}0\times10^7

$$1{,}5$$

Explication

L’indice est le rapport n=cVn=\frac{c}{V}, soit 3,0×1082,0×108=1,5\frac{3{,}0\times10^8}{2{,}0\times10^8}=1{,}5; il est sans dimension. La valeur 0,670{,}67 inverse le rapport, tandis que les deux grandes valeurs proviennent d’opérations qui ne définissent pas l’indice.

31. On réduit progressivement l’ouverture d’un diaphragme éclairé. Quel changement caractéristique apparaît sur l’écran ?

La tache s’élargit et la lumière déborde du cylindre délimité par l’ouverture
La tache conserve sa largeur mais se déplace entièrement hors de l’axe
La tache s’élargit parce que la lumière accélère après l’ouverture
La tache se resserre et reste dans le cylindre délimité par l’ouverture

La tache s’élargit et la lumière déborde du cylindre délimité par l’ouverture

Explication

La diminution de l’ouverture renforce l’élargissement par diffraction, qui permet à la lumière d’apparaître en dehors du cylindre s’appuyant sur les bords. Le confinement et le resserrement négligent cet effet, tandis qu’une accélération de la lumière n’en est pas la cause.

32. Dans une expérience, la longueur d’onde est très faible par rapport aux dimensions des ouvertures. Quelle approximation décrit alors la propagation ?

La propagation sans diaphragme, indépendamment des dimensions
L’optique ondulatoire, limite de l’optique géométrique
La diffraction dominante, car l’ouverture est grande devant l’onde
L’optique géométrique, limite de l’optique ondulatoire

L’optique géométrique, limite de l’optique ondulatoire

Explication

Lorsque la longueur d’onde est faible devant les dimensions des ouvertures, l’optique géométrique constitue la limite de l’optique ondulatoire. La diffraction devient facilement observable dans la situation d’échelle opposée, et l’absence de diaphragme ne définit pas cette limite.

33. Les rayons d’un faisceau arrivent sur un point commun situé devant eux. Comment qualifie-t-on ce faisceau ?

Convergent
Divergent
Parallèle
Diffus

Convergent

Explication

Un faisceau est convergent lorsque ses rayons se dirigent vers un point. Un faisceau divergent est constitué de rayons issus d’un même point, tandis que des rayons parallèles définissent un faisceau parallèle; « diffus » ne correspond pas à la classification donnée.

34. Dans un instrument, un diaphragme réduit l’ouverture et supprime le rayon SM1 ; dans le cadre de l’optique géométrique, quelle conséquence prévoit-on pour le rayon SM0 ?

Son trajet reste indépendant de celui de SM1.
Son trajet est dévié par la suppression de SM1.
Son trajet devient identique à celui de SM1.
Son trajet change nécessairement à cause de la diffraction.

Son trajet reste indépendant de celui de SM1.

Explication

L’optique géométrique considère les trajets des rayons traversant un instrument comme indépendants ; supprimer SM1 ne modifie donc pas, dans cette hypothèse, le trajet de SM0. La déviation mutuelle et la modification par diffraction relèvent d’une confusion avec les interactions ondulatoires, tandis que l’égalité des trajets ne découle pas de l’indépendance.

35. Quelle hypothèse fondamentale l’optique géométrique adopte-t-elle à propos des rayons lumineux ?

L’interférence de leurs trajets.
La courbure de leurs trajets.
L’indépendance de leurs trajets.
Le parallélisme de leurs trajets.

L’indépendance de leurs trajets.

Explication

L’optique géométrique pose comme hypothèse fondamentale que les trajets des différents rayons sont indépendants. La propagation rectiligne est une autre propriété étudiée en optique géométrique, le parallélisme ne concerne que certains faisceaux, et l’interférence appartient aux circonstances traitées en optique physique.

36. Un faisceau traverse un matériau transparent, homogène et isotrope, sans rencontrer d’obstacle ; quelle forme suit son trajet dans ce milieu ?

Une trajectoire brisée par des réflexions internes.
Une ligne droite.
Une ligne courbe liée à des variations internes.
Une trajectoire déviée comme à une interface.

Une ligne droite.

Explication

Dans un milieu transparent, homogène et isotrope, la lumière se propage en ligne droite tant qu’elle ne rencontre pas d’obstacle. Une trajectoire courbe évoque un milieu hétérogène, tandis que réflexion et réfraction concernent notamment la rencontre d’une séparation entre milieux.

37. Un faisceau arrive sur deux matériaux : il traverse le premier, mais ne traverse pas le second. Comment qualifie-t-on ces matériaux selon leur transmission de la lumière ?

Le premier est homogène et le second isotrope.
Le premier est réfléchissant et le second réfractant.
Le premier est transparent et le second opaque.
Le premier est opaque et le second transparent.

Le premier est transparent et le second opaque.

Explication

Un milieu transparent laisse passer la lumière, alors qu’un milieu opaque ne la laisse pas passer. La réflexion et la réfraction décrivent le comportement à une interface, tandis que l’homogénéité et l’isotropie caractérisent les propriétés d’un milieu.

38. À la séparation de deux milieux, une partie d’un faisceau repart dans le premier milieu tandis qu’une autre se propage dans le second ; quels phénomènes ces deux parties illustrent-elles, dans cet ordre ?

La réfraction, puis la réflexion.
La transmission, puis l’absorption.
L’absorption, puis la réflexion.
La réflexion, puis la réfraction.

La réflexion, puis la réfraction.

Explication

La partie renvoyée sur la surface correspond à la réflexion, tandis que celle qui se propage dans le deuxième milieu correspond à la réfraction. La réfraction et la réflexion sont ici inversées dans une confusion de définitions ; transmission sans déviation et absorption ne décrivent pas ces deux trajets.

39. Une lampe éclaire un objet opaque. Comment nomme-t-on la zone d’obscurité située derrière l’objet, du côté opposé à la lampe ?

La zone d’éclairement direct
L’ombre
La pénombre
Le faisceau incident

L’ombre

Explication

L’ombre est la zone d’obscurité située derrière l’objet opaque, à l’opposé de la source lumineuse. La pénombre est partiellement éclairée, la zone d’éclairement direct reçoit la lumière et le faisceau incident désigne la lumière qui arrive sur l’objet.

40. Une petite figurine opaque est éclairée par une grande fenêtre lumineuse. Quelle région peut apparaître autour de son ombre nette sur un écran ?

Une pénombre partiellement éclairée
Un cône lumineux sans obstacle
Une image réfléchie de la fenêtre
Une ombre totalement obscure

Une pénombre partiellement éclairée

Explication

Une source étendue peut créer autour de l’ombre une zone de pénombre partiellement éclairée. L’ombre totale est obscure, le cône lumineux ne décrit pas cette région autour de l’ombre et une image réfléchie relève de la réflexion.

41. Un rayon lumineux peut passer d’un milieu transparent à un autre par réfraction, puis être réfléchi plusieurs fois. Si son trajet est possible dans un sens, que peut-on conclure sur le trajet inverse ?

Le trajet est également possible en sens inverse
Le trajet inverse est possible avant la première réflexion
Seule la dernière portion du trajet peut être inversée
Le trajet inverse est impossible après une réfraction

Le trajet est également possible en sens inverse

Explication

Le principe du retour inverse affirme qu’un trajet lumineux possible reste possible dans le sens opposé, quel que soit le nombre de réflexions et de réfractions. Les réflexions ou réfractions ne suppriment pas cette réversibilité, et elle concerne le trajet entier.

42. Un chercheur suit le parcours de rayons lumineux dans des milieux transparents. Quel domaine étudie principalement cette démarche ?

L’optique géométrique
La thermodynamique
L’optique ondulatoire
La physiologie de la vision

L’optique géométrique

Explication

L’optique géométrique étudie la marche des rayons lumineux dans des milieux transparents. L’optique ondulatoire décrit la lumière comme une onde, la thermodynamique traite des échanges thermiques et la physiologie de la vision porte sur le fonctionnement de la vue.

43. Quelle description de la lumière J. Maxwell propose-t-il dans sa théorie électromagnétique élaborée en 1864 ?

Une vibration mécanique de l’éther, de fréquence de l’ordre de 101410^{14} Hz, se propageant dans le vide à 2.99792458×1082.99792458 \times 10^8 m/s
Une onde électromagnétique de fréquence de l’ordre de 101410^{14} Hz, se propageant dans le vide à 2.99792458×1082.99792458 \times 10^8 m/s
Une onde électromagnétique de fréquence de l’ordre de 10810^8 Hz, se propageant dans le vide à 2.99792458×1082.99792458 \times 10^8 m/s
Une onde électromagnétique de fréquence de l’ordre de 101410^{14} Hz, se propageant dans l’air à 2.99792458×1082.99792458 \times 10^8 m/s

Une onde électromagnétique de fréquence de l’ordre de $$10^{14}$$ Hz, se propageant dans le vide à $$2.99792458 \times 10^8$$ m/s

Explication

La théorie de Maxwell décrit la lumière comme une onde électromagnétique dont la fréquence est de l’ordre de 101410^{14} Hz et qui se propage dans le vide à 2.99792458×1082.99792458 \times 10^8 m/s. La vibration de l’éther renvoie à une conception mécanique, 10810^8 Hz est une erreur d’ordre de grandeur et la vitesse indiquée concerne le vide, non l’air.

44. Un rayon lumineux passe du vide dans l’un des milieux suivants. Lequel possède, parmi ces choix, l’indice de réfraction indiqué le plus élevé et ralentit donc le plus la lumière ?

Le diamant, d’indice 2,4172{,}417
Le quartz, d’indice 1,5441{,}544
Le verre crown, d’indice 1,511{,}51
Le verre flint, d’indice 1,751{,}75

Le diamant, d’indice $$2{,}417$$

Explication

L’indice de réfraction le plus élevé parmi les choix est celui du diamant, 2,4172{,}417 ; comme n=c/Vn=c/V, un indice plus grand correspond à une vitesse de propagation plus faible dans le milieu. Le quartz, le verre flint et le verre crown ont des indices inférieurs.

Révisez avec les flashcards

Mémorisez les réponses avec 91 flashcards sur Fondements de l’optique géométrique.

Selon Platon, comment l’œil participe-t-il à la vision ?

Il émet des rayons qui frappent les objets et transmettent leurs mouvements à l’âme.

Selon Ibn al-Haytham, comment l’œil participe-t-il à la vision ?

Il reçoit passivement la lumière venant de l’environnement.

Qu’étudie l’optique ?

Les phénomènes lumineux perçus par l’œil et ceux engendrés par une cause de même nature que les phénomènes visuels.

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Approfondir avec la fiche

Consultez la fiche de révision complète sur Fondements de l’optique géométrique.

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