QCM : Optique géométrique et sources lumineuses — 12 questions

Questions et réponses du QCM

1. Quelles sont les trois approches physiques utilisées pour étudier la lumière en optique ?

Thermique, acoustique et mécanique
Continue, discrète et monochromatique
Ondulatoire, corpusculaire et géométrique
Électrique, magnétique et gravitationnelle

Ondulatoire, corpusculaire et géométrique

Explication

L’optique étudie la lumière selon une approche ondulatoire, une approche corpusculaire et une approche géométrique fondée sur les rayons lumineux.

2. Quel domaine l’optique géométrique permet-elle notamment d’étudier ?

Les vibrations sonores dans l’air
La vitesse des particules chargées
Les dioptres, les miroirs et les lentilles
La composition chimique des étoiles

Les dioptres, les miroirs et les lentilles

Explication

L’optique géométrique décrit la lumière par des rayons et s’applique notamment aux dioptres, aux miroirs, aux lentilles et aux instruments d’optique.

3. Un milieu transparent possède un indice optique n=2. Comment déterminer la vitesse de la lumière dans ce milieu ?

Elle vaut c+2
Elle vaut 2c
Elle vaut c−2
Elle vaut c/2

Elle vaut c/2

Explication

La vitesse est donnée par v=c/n. Pour n=2, elle vaut donc c/2, ce qui est inférieur à la vitesse c dans le vide.

4. Dans un milieu transparent d’indice n, comment la longueur d’onde se compare-t-elle à sa valeur dans le vide ?

Elle vaut nλ₀
Elle reste égale à λ₀
Elle vaut λ₀/n
Elle vaut λ₀+n

Elle vaut λ₀/n

Explication

Dans le milieu, la longueur d’onde vaut λ=λ₀/n. Elle diminue donc lorsque l’indice optique est supérieur à 1.

5. Quelle définition correspond à la lumière visible ?

Le rayonnement électromagnétique qui se propage seulement dans le vide
La partie du spectre dont la longueur d’onde est toujours maximale
L’ensemble des rayonnements émis uniquement par les corps noirs
La partie du spectre électromagnétique perceptible par l’œil humain

La partie du spectre électromagnétique perceptible par l’œil humain

Explication

La lumière visible est la partie du spectre électromagnétique que l’œil humain peut percevoir. Les autres domaines du spectre ne sont pas directement visibles.

6. Que révèle l’analyse d’un spectre continu réalisée avec un prisme ou un spectroscope à fibre ?

La présence exclusive de rayonnements ultraviolets
La présence de toutes les longueurs d’onde
L’absence de toute radiation lumineuse
La présence d’une seule longueur d’onde

La présence de toutes les longueurs d’onde

Explication

Un spectre continu contient toutes les longueurs d’onde, ou radiations, dans l’intervalle considéré.

7. Un corps noir a un maximum d’émission à λmax=5,0×10⁻⁷ m. Quelle relation permet de déterminer sa température ?

T=λmax/(2,898×10⁻³)
T=(2,898×10⁻³)/λmax
T=2,898×10⁻³×λmax
T=λmax+2,898×10⁻³

T=(2,898×10⁻³)/λmax

Explication

La loi de Wien s’écrit λmaxT=2,898×10⁻³ m·K. On obtient donc T=(2,898×10⁻³)/λmax.

8. Dans une source à spectre de raies, quel enchaînement explique l’émission de photons de longueurs d’onde particulières ?

La décharge transforme directement l’électricité en un spectre continu
La vapeur est excitée, puis les atomes se désexcitent en émettant des photons spécifiques
La vapeur est refroidie, puis les atomes absorbent toutes les longueurs d’onde
Les atomes restent dans leur état fondamental et diffusent la lumière incidente

La vapeur est excitée, puis les atomes se désexcitent en émettant des photons spécifiques

Explication

La décharge électrique excite les atomes de la vapeur, qui atteignent des niveaux d’énergie élevés avant de se désexciter en émettant des photons de longueurs d’onde particulières.

9. Selon la relation de Planck-Einstein, comment varie l’énergie d’un photon lorsque sa fréquence augmente ?

Elle augmente proportionnellement à la fréquence
Elle devient égale à la longueur d’onde du photon
Elle diminue proportionnellement à la fréquence
Elle reste constante quelle que soit la fréquence

Elle augmente proportionnellement à la fréquence

Explication

La relation de Planck-Einstein est ΔE = hν : l’énergie du photon augmente donc avec sa fréquence. Dans le vide, une fréquence plus élevée correspond aussi à une longueur d’onde plus courte.

10. Pourquoi une source atomique produit-elle un spectre discret de raies plutôt qu’un spectre continu ?

Parce que la lumière se propage uniquement en ligne droite
Parce que les niveaux d’énergie des atomes sont quantifiés
Parce que la décharge électrique supprime les niveaux d’énergie intermédiaires
Parce que tous les photons émis ont la même intensité

Parce que les niveaux d’énergie des atomes sont quantifiés

Explication

Le spectre discret de raies provient de la quantification des niveaux d’énergie atomiques. Les transitions entre ces niveaux correspondent à des photons d’énergies et de longueurs d’onde déterminées.

11. Quelle caractéristique distingue le mieux la lumière produite par un laser ?

Elle est incohérente et possède une divergence importante
Elle contient toutes les longueurs d’onde et se propage fortement dans toutes les directions
Elle est monochromatique, cohérente et forme un faisceau fin, parallèle et peu divergent
Elle provient nécessairement d’une vapeur atomique excitée par une décharge

Elle est monochromatique, cohérente et forme un faisceau fin, parallèle et peu divergent

Explication

Un laser produit une lumière monochromatique et cohérente, sous la forme d’un faisceau fin, parallèle et très peu divergent. Ces propriétés le distinguent d’une source lumineuse ordinaire.

12. Quand peut-on assimiler une source étendue à une source ponctuelle pour l’observer ?

Lorsque ses dimensions sont négligeables devant sa distance d’observation
Lorsqu’elle possède plusieurs couleurs distinctes
Lorsqu’elle est nécessairement constituée d’un laser
Lorsqu’elle émet un faisceau parfaitement parallèle

Lorsque ses dimensions sont négligeables devant sa distance d’observation

Explication

Une source étendue peut être assimilée à une source ponctuelle lorsque ses dimensions sont négligeables devant sa distance d’observation. Cette approximation dépend donc des dimensions de la source et de la distance considérée.

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Quelles sont les trois approches de la lumière en optique ?

Ondulatoire, corpusculaire et géométrique.

Quelle théorie de la lumière Newton défendait-il ?

La théorie corpusculaire.

Quelle théorie de la lumière Hooke et Huygens défendaient-ils ?

La théorie ondulatoire fondée sur une vibration de haute fréquence.

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