QCM : Lois de l’optique géométrique — 10 questions

Questions et réponses du QCM

1. Quelle grandeur caractérise le nombre d’oscillations d’une onde lumineuse par seconde ?

L’amplitude, exprimée en joules
La longueur d’onde, exprimée en mètres
La fréquence, exprimée en hertz
La célérité, exprimée en mètres

La fréquence, exprimée en hertz

Explication

La fréquence indique le nombre d’oscillations effectuées chaque seconde et se mesure en hertz. La longueur d’onde correspond plutôt à la distance entre deux sommets consécutifs.

2. Qu'est-ce qu'une onde lumineuse ?

Une vibration sonore perceptible par l’oreille humaine.
Une onde électromagnétique caractérisée par une fréquence ν\nu et une longueur d’onde λ\lambda.
Une onde de matière se déplaçant dans un fluide.
Une onde mécanique se propageant dans un milieu matériel.

Une onde électromagnétique caractérisée par une fréquence $$\\nu$$ et une longueur d’onde $$\\lambda$$.

Explication

Une onde lumineuse est une onde électromagnétique caractérisée par une fréquence ν\nu et une longueur d’onde λ\lambda. La lumière visible possède une fréquence comprise entre 4×10144 \times 10^{14} Hz et 7×10147 \times 10^{14} Hz, et sa propagation dans le vide se fait à la vitesse c=3×108m/sc = 3 \times 10^{8} m/s.

3. À célérité constante, que devient la longueur d’onde d’une lumière si sa fréquence augmente ?

Elle diminue selon la relation λ=cν\lambda = \frac{c}{\nu}
Elle augmente selon la relation λ=cν\lambda = c\nu
Elle reste constante quelle que soit la fréquence
Elle devient égale à la célérité de propagation

Elle diminue selon la relation $$\lambda = \frac{c}{\nu}$$

Explication

La relation λ=cν\lambda = \frac{c}{\nu} montre qu’à célérité constante, la longueur d’onde varie en sens inverse de la fréquence. Une augmentation de la fréquence entraîne donc une diminution de la longueur d’onde.

4. Quelle est la formule qui relie la longueur d’onde λ\lambda, la vitesse de la lumière c et la fréquence ν\nu d’une onde lumineuse ?

λ=ν×c\lambda = \nu \times c
λ=cν2\lambda = \frac{c \nu}{2}
λ=cν\lambda = \frac{c}{\nu}
λ=c×ν\lambda = c \times \nu

$$\\lambda = \\frac{c}{\\nu}$$

Explication

La formule correcte est λ=cν\lambda = \frac{c}{\nu}, ce qui relie la longueur d’onde, la vitesse de la lumière et la fréquence. La distraction qui multiplie c par ν\nu est incorrecte car la longueur d’onde est inversement proportionnelle à la fréquence.

5. Quelle description correspond à une source primaire de lumière ?

Un milieu qui ralentit la propagation lumineuse
Un corps qui émet directement de la lumière
Un dispositif qui sépare plusieurs longueurs d’onde
Un objet éclairé qui renvoie la lumière reçue

Un corps qui émet directement de la lumière

Explication

Une source primaire produit et émet directement sa propre lumière, comme le Soleil ou une ampoule. Un objet éclairé qui réémet la lumière reçue est une source secondaire.

6. Quel est le rôle principal de l’indice de réfraction dans la propagation de la lumière dans un milieu matériel ?

Il détermine la vitesse de propagation de la lumière dans ce milieu.
Il indique la couleur de la lumière émise.
Il indique la densité optique du milieu.
Il mesure la quantité de lumière absorbée par le milieu.

Il détermine la vitesse de propagation de la lumière dans ce milieu.

Explication

L’indice de réfraction est utilisé pour calculer la vitesse de la lumière dans un milieu selon la formule v=cnv = \frac{c}{n}. Contrairement à la couleur ou à l’absorption, il ne mesure pas directement ces propriétés.

7. Dans un milieu matériel d’indice de réfraction nn, quelle expression donne la vitesse de propagation de la lumière ?

v=cnv = \frac{c}{n}
v=c+nv = c+n
v=ncv = \frac{n}{c}
v=cnv = cn

$$v = \frac{c}{n}$$

Explication

Dans un milieu matériel, la vitesse lumineuse est donnée par v=cnv = \frac{c}{n}, où cc est la célérité dans le vide. Cette relation indique que la lumière se propage généralement moins vite dans ce milieu que dans le vide.

8. Quand la loi de Snell-Descartes établit-elle la relation entre les angles de réfraction et d’incidence lors du passage d’un rayon lumineux d’un milieu à un autre ?

Après que le rayon lumineux a été entièrement réfléchi ou réfracté.
Au moment où le rayon lumineux quitte le second milieu et retourne dans le premier.
Au moment où le rayon lumineux traverse l’interface entre deux milieux.
Lorsque le rayon lumineux atteint la surface séparant deux milieux.

Lorsque le rayon lumineux atteint la surface séparant deux milieux.

Explication

La relation entre les angles d’incidence et de réfraction est donnée par la formule n1sin⁡i1=n2sin⁡i2n_1 \sin i_1 = n_2 \sin i_2, qui s’applique au moment précis où le rayon traverse l’interface. La loi ne concerne pas le moment où le rayon quitte ou revient dans un milieu, mais le passage à l’interface.

9. En quoi la géométrie de l’incidence diffère-t-elle de la simple propagation rectiligne de la lumière dans un milieu homogène ?

La géométrie de l’incidence concerne la relation entre le rayon incident, la normale et l’angle d’incidence, alors que la propagation rectiligne décrit la trajectoire du rayon dans un espace sans interaction.
La géométrie de l’incidence se limite à l’étude des angles, alors que la propagation rectiligne concerne uniquement la vitesse de la lumière.
La géométrie de l’incidence ne s’applique qu’aux surfaces courbes, alors que la propagation rectiligne ne dépend pas de la forme du milieu.
La géométrie de l’incidence implique la réflexion et la réfraction, tandis que la propagation rectiligne ne concerne que la trajectoire sans changement de milieu.

La géométrie de l’incidence concerne la relation entre le rayon incident, la normale et l’angle d’incidence, alors que la propagation rectiligne décrit la trajectoire du rayon dans un espace sans interaction.

Explication

La géométrie de l’incidence étudie la relation entre le rayon incident, la normale à la surface et l’angle d’incidence, ce qui est spécifique à l’interaction avec une surface. La propagation rectiligne décrit simplement la trajectoire du rayon dans un milieu homogène sans interaction avec une surface.

10. Qui a formulé la loi décrivant la relation entre l’angle d’incidence et l’angle de réfraction lors du passage de la lumière d’un milieu à un autre ?

Isaac Newton et Christiaan Huygens
Albert Einstein et James Clerk Maxwell
Willebrord Snell et René Descartes
Galilée et Johannes Kepler

Willebrord Snell et René Descartes

Explication

Les lois de Snell-Descartes ont été formulées par Willebrord Snell et René Descartes, décrivant comment la lumière se réfracte à l’interface entre deux milieux. Newton, Huygens, Einstein, Maxwell, Galilée et Kepler ont contribué à d’autres domaines de la physique ou de l’optique, mais pas à cette loi spécifique.

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Qu'est-ce qu'une onde lumineuse ?

Une onde électromagnétique avec fréquence ν et longueur d'onde λ.

Onde lumineuse

Onde électromagnétique, avec ν et λ.

Quelle formule relie la fréquence ν, la longueur d'onde λ et la vitesse c ?

λ=cν\lambda = \frac{c}{\nu}

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