QCM : Lois de l’optique géométrique (21 questions)

Explication

La dualité signifie que la lumière se décrit à la fois comme une onde électromagnétique et comme un ensemble de photons. La considérer comme une onde sans aspect corpusculaire ne rend compte que d’une partie de cette dualité.

Explication

De Broglie a proposé d’étendre la dualité onde-corpuscule à tous les objets physiques, des particules aux corps macroscopiques. La limiter aux particules microscopiques ne correspond pas à la portée générale de cette extension.

Explication

La diffraction et les interférences sont des expériences qui manifestent le caractère ondulatoire de la lumière. L’effet photoélectrique, plutôt que ces deux phénomènes, met en évidence son caractère corpusculaire.

Explication

L’effet photoélectrique manifeste le caractère corpusculaire de la lumière sous forme de photons. Les interférences, au contraire, sont une manifestation de son caractère ondulatoire.

Explication

Le vide est non dispersif : la célérité de la lumière n’y dépend ni de la fréquence ni de la longueur d’onde, contrairement à un milieu transparent matériel dispersif. Dire que la célérité dépend de la fréquence dans le vide inverse cette distinction.

Explication

La célérité de la lumière dans le vide est d’environ $3\times10^8\ \mathrm{m/s}$. L’expression $3\times10^8\ \mathrm{km/s}$ utilise une unité qui rend la valeur mille fois trop grande.

Explication

L’indice de réfraction est défini comme le rapport entre la célérité de la lumière dans le vide et sa célérité dans le milieu considéré. Le rapport inversé décrit une grandeur différente et ne correspond pas à cette définition.

Explication

L’indice de réfraction se calcule par le rapport de la célérité dans le vide à celle dans le milieu, soit $n=\frac{c}{v}$. Le rapport inversé échange les deux célérités et ne donne pas la relation de définition.

Explication

L’optique géométrique modélise la lumière par des rayons qui suivent des trajectoires et peuvent se rassembler en faisceaux. La description par des ondes relève plutôt de l’optique ondulatoire.

Explication

L’optique géométrique s’applique lorsque la longueur d’onde $\lambda$ est très inférieure à toute dimension caractéristique $L$, soit $\lambda\ll L$. Si ces dimensions sont comparables ou inférieures à la longueur d’onde, cette condition n’est pas satisfaite.

Explication

Dans un milieu homogène, les rayons lumineux se propagent en ligne droite. Une trajectoire courbe ne correspond pas à cette règle de propagation.

Explication

Selon l’indépendance des rayons, des rayons ou faisceaux qui se croisent ne modifient pas mutuellement leur propagation. Le croisement ne les oblige donc pas à fusionner en un faisceau unique.

Explication

Un rayon réfléchi repart dans le milieu amont, alors qu’un rayon réfracté traverse l’interface vers le milieu aval. Confondre ces phénomènes inverse le milieu dans lequel se poursuit le rayon.

Explication

En pratique, une surface non idéale produit généralement à la fois une réflexion et une réfraction. La réflexion totale constitue une exception, où seul le rayon réfléchi est produit.

Explication

La première loi de Snell-Descartes place le rayon réfléchi symétriquement au rayon incident par rapport à la normale. Une symétrie par rapport à l’interface n’est pas la relation énoncée par cette loi.

Explication

La seconde loi de Snell-Descartes relie les indices et les angles par $n\sin(i)=n'\sin(i')$. La relation avec les cosinus ne décrit pas cette loi.

Explication

Le rayon réfléchi et le rayon réfracté appartiennent au plan d’incidence, qui contient le rayon incident et la normale. Le plan de l’interface n’est pas la définition du plan contenant ces rayons.

Explication

À l’angle limite, la loi de Snell-Descartes conduit à $\sin L=\frac{n'}{n}$, d’où la relation donnée. L’expression avec $\frac{n}{n'}$ inverse les indices et ne correspond pas à cette condition.

Explication

Lorsque $i>L$ dans le passage d’un milieu plus réfringent vers un milieu moins réfringent, le rayon subit une réflexion totale. Une réfraction avec un angle inférieur à l’angle limite ne décrit pas le comportement au-delà de cette limite.

Explication

Le principe de Fermat caractérise la trajectoire lumineuse par une durée de parcours stationnaire, généralement minimale. La minimisation porte sur le temps de parcours, et non sur la courbure de la trajectoire.

Explication

Le principe de Fermat explique la propagation des rayons dans les milieux hétérogènes ainsi que les lois de réflexion et de réfraction de Snell-Descartes. La diffraction et l’interférence relèvent d’autres descriptions des phénomènes lumineux.