QCM : Optique géométrique — 20 questions

Questions et réponses du QCM

1. Quelle propriété caractérise une onde électromagnétique dans le vide ?

Elle nécessite un milieu matériel pour se propager
Elle transporte de l’énergie sans transporter de matière
Elle transporte de la matière sans transporter d’énergie
Elle se propage uniquement dans une direction imposée

Elle transporte de l’énergie sans transporter de matière

Explication

Une onde électromagnétique transporte de l’énergie sans transport de matière et peut se propager dans le vide, contrairement à une onde nécessitant un milieu matériel.

2. Que représente la période T d’une onde monochromatique ?

Le nombre de motifs produits par seconde
La vitesse de propagation de l’onde
La durée correspondant à un motif de l’onde
La distance entre deux motifs successifs

La durée correspondant à un motif de l’onde

Explication

La période T est une durée : elle correspond au temps nécessaire pour qu’un motif de l’onde se reproduise. La distance entre deux points en phase correspond à la longueur d’onde.

3. Une onde monochromatique dans le vide a une fréquence de 6,0 × 10ⁱ⁴ Hz. Quelle est approximativement sa longueur d’onde ?

5,0 × 10⁻⁷ m
2,0 × 10⁻⁶ m
6,0 × 10⁻¹⁴ m
1,8 × 10²³ m

5,0 × 10⁻⁷ m

Explication

On utilise λ₀ = c/f, soit λ₀ = (3,0 × 10⁸)/(6,0 × 10ⁱ⁴) = 5,0 × 10⁻⁷ m. Cette valeur correspond à 500 nm.

4. Quelle longueur d’onde se situe dans le domaine visible et se rapproche le plus de la sensibilité maximale de l’œil humain ?

3,0 × 10⁸ m
1 200 nm
250 nm
550 nm

550 nm

Explication

Le visible s’étend approximativement de 400 à 800 nm, et la sensibilité maximale de l’œil humain se situe autour de 550 nm, dans le jaune.

5. Quelle description correspond à un photon ?

Une onde mécanique nécessitant un support matériel
Un corpuscule immatériel dépourvu d’énergie
Un corpuscule immatériel de masse nulle transportant un quantum d’énergie
Une particule matérielle massive transportant une charge électrique

Un corpuscule immatériel de masse nulle transportant un quantum d’énergie

Explication

Un photon est un corpuscule immatériel de masse nulle qui véhicule un quantum d’énergie. Sa masse nulle ne signifie donc pas qu’il est dépourvu d’énergie.

6. Deux photons appartiennent à des rayonnements de fréquences différentes. Quelle grandeur est nécessairement différente entre leurs énergies ?

La masse, car elle augmente avec la fréquence
L’énergie, car elle est proportionnelle à la fréquence
La vitesse dans le vide, car elle dépend de la fréquence
La masse, car elle diminue lorsque la fréquence augmente

L’énergie, car elle est proportionnelle à la fréquence

Explication

L’énergie d’un photon vérifie E = hf : elle dépend donc de la fréquence. La masse du photon reste nulle et ne permet pas de distinguer ces énergies.

7. Pourquoi le spectre de la lumière est-il décrit comme continu dans ce modèle ?

Parce que les sources lumineuses n’émettent aucune onde sinusoïdale
Parce que la lumière possède une seule fréquence constante
Parce que le signal lumineux contient une infinité de fréquences
Parce que chaque photon a une masse différente

Parce que le signal lumineux contient une infinité de fréquences

Explication

La lumière est modélisée comme une superposition d’ondes sinusoïdales, et son spectre est continu parce que le signal contient une infinité de fréquences.

8. Dans un milieu isotrope, que se passe-t-il lorsque la direction de propagation de la lumière change ?

Les propriétés du milieu restent indépendantes de cette direction
Les propriétés optiques varient nécessairement avec cette direction
Le milieu devient automatiquement homogène
La vitesse de la lumière devient nulle dans cette direction

Les propriétés du milieu restent indépendantes de cette direction

Explication

Un milieu isotrope possède des propriétés indépendantes de la direction de propagation de la lumière. L’isotropie ne signifie toutefois pas nécessairement que le milieu est homogène.

9. Un milieu possède un indice de réfraction plus élevé qu’un autre. Que peut-on en déduire concernant la vitesse de la lumière dans ces milieux ?

La lumière se déplace plus lentement dans le milieu d’indice plus élevé
La lumière se déplace plus rapidement dans le milieu d’indice plus élevé
La vitesse est identique dans les deux milieux, quel que soit l’indice
La lumière est immobile dans le milieu d’indice le plus faible

La lumière se déplace plus lentement dans le milieu d’indice plus élevé

Explication

Comme n = c/v, une valeur élevée de n correspond à une vitesse v plus faible dans le milieu. L’indice et la vitesse varient donc en sens inverse.

10. Une lumière passe du vide dans un milieu d’indice n = 1,5. Quelle affirmation décrit correctement ce changement ?

Sa fréquence devient 1,5f et sa longueur d’onde devient λ₀/1,5
Sa fréquence reste inchangée et sa longueur d’onde devient λ₀/1,5
Sa fréquence et sa longueur d’onde deviennent toutes deux 1,5 fois plus grandes
Sa fréquence devient f/1,5 et sa longueur d’onde reste λ₀

Sa fréquence reste inchangée et sa longueur d’onde devient λ₀/1,5

Explication

Lors du passage entre deux milieux, la fréquence reste invariante. La longueur d’onde dans le milieu vaut λ = λ₀/n, donc ici λ = λ₀/1,5.

11. Une onde lumineuse passe d’un milieu d’indice de réfraction n_1 à un milieu d’indice n_2. Comment évolue sa longueur d’onde si n_2 est supérieur à n_1, tandis que sa fréquence reste inchangée ?

Elle augmente dans le rapport n_2/n_1
Elle diminue dans le rapport n_2/n_1
Elle devient nulle dans le second milieu
Elle reste constante comme la fréquence

Elle diminue dans le rapport n_2/n_1

Explication

La fréquence reste invariante lors du passage entre deux milieux, tandis que la longueur d’onde est inversement proportionnelle à l’indice : elle diminue lorsque l’indice augmente.

12. Dans quelle situation l’approximation de l’optique géométrique est-elle valable ?

Lorsque la longueur d’onde est égale à la dimension transversale du diaphragme
Lorsque la longueur d’onde est très supérieure à la dimension transversale du diaphragme
Lorsque la longueur d’onde est très inférieure à la dimension transversale du diaphragme
Lorsque la dimension du diaphragme est indépendante de la longueur d’onde

Lorsque la longueur d’onde est très inférieure à la dimension transversale du diaphragme

Explication

L’optique géométrique est valable lorsque λ ≪ D, car la diffraction devient alors négligeable. Elle doit être prise en compte lorsque λ est comparable à D.

13. Que représente un rayon lumineux dans un milieu isotrope ?

L’ensemble des sources émettant une lumière identique
La surface séparant deux milieux transparents
La trace du transport de l’énergie lumineuse
La zone où la diffraction est maximale

La trace du transport de l’énergie lumineuse

Explication

Un rayon lumineux est la trace qui caractérise le transport de l’énergie lumineuse dans un milieu isotrope.

14. Une fente circulaire a un rayon D et laisse passer une lumière de longueur d’onde λ. Quelle expression donne l’angle d’ouverture de la diffraction ?

ε = λD
ε = λ/D
ε = D/λ
ε = 1/(λD)

ε = λ/D

Explication

Pour une fente circulaire de rayon D, l’angle d’ouverture de la diffraction est ε = λ/D.

15. Dans quelles conditions les rayons lumineux sont-ils représentés par des droites ?

Dans un milieu où la température change progressivement
Dans un milieu dont l’indice varie fortement
Dans un milieu présentant une interface courbe
Dans un milieu homogène et isotrope

Dans un milieu homogène et isotrope

Explication

Dans un milieu homogène et isotrope, la lumière se propage en ligne droite et les rayons lumineux sont des droites. Une variation d’indice peut au contraire les dévier.

16. Pourquoi un mirage peut-il faire paraître un objet déplacé ou inversé ?

Parce que l’ombre portée agrandit systématiquement l’objet observé
Parce que l’objet émet simultanément plusieurs images indépendantes
Parce que la lumière cesse de se propager dans l’air près du sol
Parce qu’une variation de température modifie l’indice de l’air et dévie les rayons

Parce qu’une variation de température modifie l’indice de l’air et dévie les rayons

Explication

Un mirage apparaît lorsque la température varie, car cette variation modifie l’indice de l’air et dévie les rayons lumineux issus de l’objet.

17. Quelle relation caractérise les angles orientés de la réflexion sur un dioptre ?

i₁ + i’₁ = 90°
i’₁ = 2i₁
i₁ = −i’₁
i₁ = i’₁

i₁ = −i’₁

Explication

Les lois de la réflexion imposent i₁ = −i’₁. Le signe négatif provient de la convention des angles orientés, l’angle incident étant positif et l’angle réfléchi négatif.

18. Un rayon passe d’un milieu d’indice n₁ à un milieu d’indice n₂. Quelle relation doit-il vérifier lors de la réfraction ?

n₁ sin(i₁) = n₂ sin(i₂)
n₁ cos(i₁) = n₂ cos(i₂)
n₁i₁ = n₂i₂ pour tous les angles
n₁ + sin(i₁) = n₂ + sin(i₂)

n₁ sin(i₁) = n₂ sin(i₂)

Explication

La loi de la réfraction s’écrit n₁ sin(i₁) = n₂ sin(i₂). Le rayon réfracté appartient également au plan d’incidence.

19. Un rayon passe d’un milieu d’indice n₁ vers un milieu d’indice n₂ avec n₂ > n₁. Que se produit-il ?

Le rayon s’éloigne de la normale et disparaît pour tout angle d’incidence
Le rayon s’éloigne de la normale et le rayon réfracté existe toujours
Le rayon se rapproche de la normale et le rayon réfracté existe toujours
Le rayon se rapproche de la normale et peut disparaître

Le rayon se rapproche de la normale et le rayon réfracté existe toujours

Explication

Lorsque n₂ > n₁, le rayon réfracté se rapproche de la normale et existe toujours. La disparition du rayon réfracté peut se produire lorsque n₂ < n₁.

20. Pour une interface verre-air, avec un indice du verre égal à 1,5, que se passe-t-il lorsque l’angle d’incidence dépasse environ 42° ?

Il y a réflexion totale
L’angle réfracté devient égal à l’angle incident
La lumière traverse l’interface sans être déviée
Le rayon réfracté se rapproche davantage de la normale

Il y a réflexion totale

Explication

Pour une interface verre-air d’indice du verre 1,5, l’angle limite vaut environ 42°. Au-delà de cet angle, la réfraction disparaît et il y a réflexion totale.

Révisez avec les flashcards

Mémorisez les réponses avec 40 flashcards sur Optique géométrique.

Qu'est-ce qu'une onde électromagnétique ?

Une perturbation qui transporte de l'énergie sans matière et se propage dans toutes les directions sans milieu matériel.

Qu'est-ce que la période T d'une onde monochromatique ?

La durée d'un motif de l'onde.

Qu'est-ce que la longueur d'onde λ₀ dans le vide ?

La distance entre deux points en phase d'une onde monochromatique.

Voir les flashcards →

Approfondir avec la fiche

Consultez la fiche de révision complète sur Optique géométrique.

Voir la fiche →

Cours similaires

Complexité du système climatique

SVT

Barycentres et trigonométrie

Mathématiques

International Relations and World Order

Ensembles de nombres

Mathématiques

Généralités sur la cellule

Fonctions polynômes du second degré

Mathématiques

Crée tes propres QCM

Importe ton cours et l'IA génère des QCM avec corrections en 30 secondes.

Générateur de QCM