QCM : Introduction à l’optique — 15 questions

Questions et réponses du QCM

1. Comment peut-on définir la lumière blanche ?

Comme une radiation infrarouge très intense
Comme une radiation visible de fréquence moyenne
Comme la superposition de toutes les radiations visibles
Comme une lumière composée de photons de même fréquence

Comme la superposition de toutes les radiations visibles

Explication

La lumière blanche résulte de la superposition de toutes les radiations appartenant au domaine visible. Une lumière composée d’une seule fréquence serait monochromatique et ne constituerait pas la lumière blanche.

2. Quelle formulation décrit correctement la dualité de la lumière ?

La lumière est une onde dont la fréquence dépend de sa détection
La lumière est un corpuscule qui produit des ondes uniquement après absorption
La lumière se comporte comme une onde dans le vide et comme un corpuscule dans la matière
La lumière peut être décrite comme une onde ou comme un corpuscule

La lumière peut être décrite comme une onde ou comme un corpuscule

Explication

La dualité onde-corpuscule signifie que la lumière peut être décrite selon une théorie ondulatoire ou une théorie corpusculaire. Cette dualité ne dépend pas d’une séparation simple entre le vide et la matière.

3. Quelles limites approximatives délimitent le domaine visible du spectre électromagnétique ?

Environ 4 à 8 nm
Environ 40 à 80 µm
Environ 800 à 1 200 nm
Environ 400 à 800 nm

Environ 400 à 800 nm

Explication

Le domaine visible s’étend approximativement de 400 à 800 nm. Les longueurs d’onde situées au-delà de cette région appartiennent notamment à l’infrarouge.

4. Quel mécanisme permet à un laser de produire une lumière amplifiée à une longueur d’onde unique ?

Le chauffage d’un filament élargi produit un rayonnement continu concentré par une lentille.
La réflexion diffuse sur une surface mate mélange plusieurs couleurs pour former un faisceau cohérent.
L’émission stimulée de photons est amplifiée par une cavité résonante formée de miroirs.
L’absorption de photons par un filtre coloré sélectionne progressivement toutes les longueurs d’onde.

L’émission stimulée de photons est amplifiée par une cavité résonante formée de miroirs.

Explication

Un laser repose sur l’émission stimulée de photons, amplifiée dans une cavité résonante constituée de miroirs, ce qui permet une longueur d’onde unique. Un filament chauffé produit au contraire un spectre continu, et une surface mate provoque une diffusion.

5. Quelle distinction caractérise une source primaire par rapport à une source secondaire ?

Une source primaire renvoie la lumière reçue, tandis qu’une source secondaire produit sa propre lumière.
Une source primaire réfléchit les couleurs, tandis qu’une source secondaire les transforme en chaleur.
Une source primaire émet sa propre lumière, tandis qu’une source secondaire renvoie une lumière reçue.
Une source primaire diffuse la lumière, tandis qu’une source secondaire absorbe toutes les radiations.

Une source primaire émet sa propre lumière, tandis qu’une source secondaire renvoie une lumière reçue.

Explication

Une source primaire produit directement de la lumière, alors qu’une source secondaire se contente de renvoyer une lumière reçue. Ainsi, une lampe est primaire tandis que la Lune est secondaire ; la diffusion et l’absorption décrivent d’autres phénomènes.

6. À quelle grandeur physique la couleur perçue d’un photon visible est-elle associée ?

À la masse du photon
À la vitesse de propagation dans le milieu
À la fréquence du photon
À l’amplitude de l’onde lumineuse

À la fréquence du photon

Explication

La couleur perçue correspond à la fréquence du photon visible. La longueur d’onde peut varier lorsque la lumière change de milieu, tandis que cette variation ne définit pas directement la couleur perçue.

7. Une onde lumineuse a une fréquence de 5,0×1014 Hz5,0\times10^{14}\ \mathrm{Hz}. Quelle est sa période ?

1,0×10−9 s1,0\times10^{-9}\ \mathrm{s}
2,5×1014 s2,5\times10^{14}\ \mathrm{s}
2,0×10−15 s2,0\times10^{-15}\ \mathrm{s}
5,0×10−14 s5,0\times10^{-14}\ \mathrm{s}

$$2,0\times10^{-15}\ \mathrm{s}$$

Explication

La période se calcule avec T=1fT=\frac{1}{f}, donc T=15,0×1014=2,0×10−15 sT=\frac{1}{5,0\times10^{14}}=2,0\times10^{-15}\ \mathrm{s}. La valeur 5,0×10−14 s5,0\times10^{-14}\ \mathrm{s} reprend la fréquence sans appliquer l’inversion requise.

8. Quel spectre est associé à un filament chauffé et quel spectre est associé à une LED ?

Le filament produit un spectre discontinu de raies, tandis que la LED produit un spectre continu.
Le filament produit un spectre monochromatique, tandis que la LED produit un spectre totalement uniforme.
Le filament produit un spectre ultraviolet, tandis que la LED produit un spectre infrarouge.
Le filament produit un spectre continu, tandis que la LED produit un spectre discontinu de raies.

Le filament produit un spectre continu, tandis que la LED produit un spectre discontinu de raies.

Explication

Un filament chauffé émet un spectre continu, alors qu’une LED est associée à un spectre discontinu de couleurs. Le caractère continu ou discontinu décrit la répartition des longueurs d’onde, et non une simple séparation entre ultraviolet et infrarouge.

9. Que mesure la fréquence d’une onde lumineuse ?

La distance parcourue pendant une oscillation
L’amplitude maximale de chaque oscillation
Le nombre d’oscillations effectuées par seconde
La durée nécessaire pour effectuer une oscillation

Le nombre d’oscillations effectuées par seconde

Explication

La fréquence indique combien d’oscillations sont réalisées en une seconde. La durée d’une oscillation correspond à la période, et non à la fréquence.

10. Comment l’optique géométrique représente-t-elle la propagation de la lumière ?

Par des particules en mouvement circulaire
Par des variations de température du milieu
Par des oscillations du champ électrique
Par des rayons lumineux

Par des rayons lumineux

Explication

L’optique géométrique approxime la propagation de la lumière au moyen de rayons lumineux. La description des oscillations et des interférences appartient plutôt à la théorie ondulatoire.

11. Une étoile a une température de surface plus élevée qu’une autre. Que prévoit la loi de Wien pour la longueur d’onde de son maximum d’émission ?

Le maximum d’émission se déplace vers des longueurs d’onde plus courtes.
Le maximum d’émission disparaît lorsque la température de surface augmente.
Le maximum d’émission reste à la même longueur d’onde quelle que soit la température.
Le maximum d’émission se déplace vers des longueurs d’onde plus longues.

Le maximum d’émission se déplace vers des longueurs d’onde plus courtes.

Explication

La relation λmax⁡T=2898 μm K\lambda_{\max}T=2898\ \mu\mathrm{m\,K} montre que la longueur d’onde maximale diminue lorsque la température augmente. Une température plus élevée ne conserve donc pas le même maximum spectral.

12. Quelle différence décrit correctement l’absorption et la diffusion de la lumière ?

L’absorption retire de la lumière au rayonnement, tandis que la diffusion modifie sa propagation.
L’absorption amplifie le rayonnement incident, tandis que la diffusion transforme toute la lumière en chaleur.
L’absorption dévie la lumière dans plusieurs directions, tandis que la diffusion retire son énergie au rayonnement.
L’absorption sélectionne les photorécepteurs, tandis que la diffusion déclenche leur sensibilité au spectre.

L’absorption retire de la lumière au rayonnement, tandis que la diffusion modifie sa propagation.

Explication

L’absorption diminue le rayonnement en retirant de la lumière, tandis que la diffusion change la direction ou la répartition de sa propagation. La déviation dans plusieurs directions correspond donc à la diffusion, et non à l’absorption.

13. Que désigne l’optique ?

L’étude des seules trajectoires des particules matérielles
La mesure exclusive de la luminosité perçue par l’œil
L’étude de la lumière et de ses propriétés
L’analyse des forces exercées par les lentilles

L’étude de la lumière et de ses propriétés

Explication

L’optique étudie la lumière ainsi que ses propriétés, qu’elles soient observées par l’œil ou par des instruments liés à son émission, sa propagation ou sa détection. L’étude des trajectoires de particules matérielles relève d’un autre domaine de la physique.

14. Quels photorécepteurs humains sont sensibles à différentes régions du spectre lumineux ?

Les cônes S, M et L ainsi que les bâtonnets R.
Les cônes R, V et B ainsi que les bâtonnets S.
Les bâtonnets S, M et L ainsi que les cellules bipolaires R.
Les cellules ganglionnaires S, M et L ainsi que les cônes R.

Les cônes S, M et L ainsi que les bâtonnets R.

Explication

Les photorécepteurs concernés sont les cônes S, M et L et les bâtonnets R, chacun répondant à certaines régions du spectre. Les cellules ganglionnaires et bipolaires appartiennent à d’autres étapes du traitement visuel.

15. Dans un milieu où la lumière se propage à 2,0×108 m s−12,0\times10^8\ \mathrm{m\,s^{-1}}, une onde a une période de 3,0×10−15 s3,0\times10^{-15}\ \mathrm{s}. Quelle est sa longueur d’onde ?

6,0×10−7 m6,0\times10^{-7}\ \mathrm{m}
1,5×10−23 m1,5\times10^{-23}\ \mathrm{m}
2,0×10−8 m2,0\times10^{-8}\ \mathrm{m}
6,7×1022 m6,7\times10^{22}\ \mathrm{m}

$$6,0\times10^{-7}\ \mathrm{m}$$

Explication

La relation λ=vT\lambda=vT donne λ=(2,0×108)(3,0×10−15)=6,0×10−7 m\lambda=(2,0\times10^8)(3,0\times10^{-15})=6,0\times10^{-7}\ \mathrm{m}. La valeur inverse de la période ne correspond pas à une longueur d’onde.

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Qu'est-ce que l'optique étudie principalement ?

La lumière et ses propriétés.

Par quels moyens les propriétés de la lumière sont-elles perçues en optique ?

Par l’œil ou tout instrument associé.

Quels aspects de la lumière sont concernés en optique ?

Son émission, sa propagation et sa détection.

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