QCM : Optique géométrique et systèmes centrés (20 questions)

Questions et réponses du QCM

1. Quelle propriété définit un milieu transparent ?

Il dévie les rayons lumineux vers un point commun.
Il conserve les mêmes propriétés dans toutes les directions.
Il sépare deux milieux d’indices différents.
Il laisse passer la lumière.

Il laisse passer la lumière.

Explication

Un milieu transparent est défini par sa capacité à laisser passer la lumière. La constance des propriétés dans toutes les directions caractérise plutôt un milieu isotrope.

2. Dans un milieu transparent et homogène, quelle trajectoire suit la lumière ?

Elle se propage en ligne droite.
Elle se propage en ligne brisée entre les points du milieu.
Elle converge vers le centre du milieu.
Elle suit une courbe autour de chaque source.

Elle se propage en ligne droite.

Explication

Dans un milieu à la fois transparent et homogène, la propagation de la lumière est rectiligne. Une trajectoire courbe ne correspond pas à la règle donnée pour ce type de milieu.

3. Qu’est-ce qu’un faisceau lumineux ?

Un rayon unique qui relie une source à un point d’observation.
Un ensemble de rayons émis par une source et compris entre deux rayons limites.
Une surface séparant deux milieux transparents d’indices différents.
Un ensemble de rayons qui se croisent nécessairement en un même point.

Un ensemble de rayons émis par une source et compris entre deux rayons limites.

Explication

Un faisceau regroupe des rayons issus d’une source et délimités par deux rayons limites. Le fait que les rayons se croisent en un point décrit un faisceau convergent, pas tout faisceau lumineux.

4. Les rayons d’un faisceau semblent provenir d’un même point : comment qualifie-t-on ce faisceau ?

De divergent.
De parallèle.
De convergent.
De rectiligne.

De divergent.

Explication

Un faisceau est divergent lorsque ses rayons semblent provenir d’un même point. Un faisceau convergent, au contraire, dirige ses rayons vers un point commun.

5. Comment définit-on l’indice de réfraction d’un milieu à partir des vitesses de la lumière ?

Comme le rapport de la vitesse dans le milieu à celle dans le vide, exprimé en mètres par seconde.
Comme le produit des deux vitesses, exprimé en mètres par seconde.
Comme la différence entre la vitesse dans le vide et celle dans le milieu, sans unité.
Comme le rapport de la vitesse dans le vide à celle dans le milieu, sans unité.

Comme le rapport de la vitesse dans le vide à celle dans le milieu, sans unité.

Explication

L’indice de réfraction est le rapport de la vitesse de la lumière dans le vide à sa vitesse dans le milieu et ne possède pas d’unité. L’inversion de ce rapport donnerait une autre grandeur, et non la définition de l’indice.

6. Dans un milieu où la lumière se déplace à la vitesse vv, quelle expression donne son indice de réfraction si sa vitesse dans le vide est cc ?

n=vcn = \frac{v}{c}
n=c−vn = c-v
n=c×vn = c \times v
n=cvn = \frac{c}{v}

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

Explication

L’indice se calcule en divisant la vitesse de la lumière dans le vide par sa vitesse dans le milieu. Le rapport inverse ne respecte pas la relation qui définit cet indice.

7. Lorsqu’un rayon incident atteint l’interface de deux milieux isotropes et homogènes différents, quels rayons apparaissent ?

Un rayon réfléchi et un rayon transmis, appelé réfracté.
Deux rayons réfléchis qui restent dans le milieu incident.
Un rayon absorbé et un rayon diffracté dans le second milieu.
Un rayon parallèle et un rayon divergent issus de l’interface.

Un rayon réfléchi et un rayon transmis, appelé réfracté.

Explication

À cette interface, le rayon incident donne naissance à un rayon réfléchi et à un rayon transmis, aussi appelé réfracté. La diffraction n’est pas le phénomène décrit par cette règle d’interface.

8. Un rayon traverse l’interface entre deux milieux d’indices nn et n′n' ; quelle relation décrit la loi de réfraction de Descartes-Snell ?

ni1=n′i2n i_1 = n'i_2
nsin⁡(i1)=n′i2n\sin(i_1) = n' i_2
nsin⁡(i1)=n′sin⁡(i2)n\sin(i_1) = n'\sin(i_2)
i1=i1′i_1 = i'_1

$$n\sin(i_1) = n'\sin(i_2)$$

Explication

La loi de réfraction relie les sinus des angles aux indices des deux milieux par cette égalité. L’égalité des angles incident et réfléchi correspond à la loi de réflexion, et non à celle de réfraction.

9. Quelle surface peut-on appeler un dioptre ?

Une frontière entre un milieu homogène et une source lumineuse ponctuelle.
Une surface séparant deux régions d’un même milieu transparent.
Une surface séparant deux milieux opaques de même indice.
Une surface séparant deux milieux transparents et homogènes d’indices différents.

Une surface séparant deux milieux transparents et homogènes d’indices différents.

Explication

Un dioptre sépare deux milieux transparents et homogènes dont les indices de réfraction sont différents. Une frontière entre régions d’un même milieu ne satisfait pas cette définition.

10. Quelle distinction permet de classer un dioptre comme plan ou sphérique ?

La valeur de son indice : identique ou différente dans les deux milieux.
La direction du rayon incident : parallèle ou perpendiculaire à la normale.
La forme de sa surface de séparation : un plan ou une sphère.
Le sens de propagation de la lumière : vers le centre ou vers l’extérieur.

La forme de sa surface de séparation : un plan ou une sphère.

Explication

La classification dépend de la forme de la surface séparant les milieux : elle est plane ou sphérique. Les indices caractérisent les milieux, mais ne déterminent pas à eux seuls cette distinction géométrique.

11. Quels paramètres caractérisent un dioptre sphérique ?

Le sommet de la surface et la longueur d’un faisceau lumineux.
Les indices des deux milieux et un rayon de courbure.
La forme plane de la surface et un angle d’incidence.
La vitesse de la lumière dans le vide et un rayon lumineux incident.

Les indices des deux milieux et un rayon de courbure.

Explication

Un dioptre sphérique est caractérisé par les indices des deux milieux et par un rayon de courbure. Un angle d’incidence concerne la rencontre d’un rayon avec une interface, mais ne remplace pas ces paramètres de caractérisation.

12. Quelle propriété géométrique caractérise un système centré ?

Ses dioptres sont disposés autour de plusieurs axes parallèles.
Ses surfaces sont toutes planes et perpendiculaires à un même axe.
Ses dioptres possèdent un axe commun de symétrie de révolution.
Ses dioptres partagent un centre géométrique sans axe de révolution.

Ses dioptres possèdent un axe commun de symétrie de révolution.

Explication

Un système centré est formé de dioptres ayant un même axe de symétrie de révolution. La présence de plusieurs axes parallèles ne correspond pas à cette définition.

13. Quels sont les quatre points cardinaux utilisés pour représenter un système centré ?

Les foyers principaux F et F’ ainsi que les points principaux H et H’.
Les foyers principaux F et H ainsi que les points principaux F’ et H’.
Les foyers secondaires F et F’ ainsi que les plans principaux H et H’.
Les points focaux F et F’ ainsi que les centres de courbure H et H’.

Les foyers principaux F et F’ ainsi que les points principaux H et H’.

Explication

La représentation cardinale comprend les deux foyers principaux F et F’ et les deux points principaux H et H’. Les foyers secondaires ne constituent pas les quatre points cardinaux.

14. Comment définir le foyer principal objet F d’un système centré ?

C’est le point où convergent les rayons émergents parallèles à l’axe optique.
C’est le point où l’axe optique coupe le plan principal objet.
C’est le point correspondant à un objet situé à l’infini sur l’axe optique.
C’est le point dont l’image se situe à l’infini dans la direction de l’axe optique.

C’est le point dont l’image se situe à l’infini dans la direction de l’axe optique.

Explication

Le foyer objet F est défini par une image située à l’infini dans la direction de l’axe optique. Un objet à l’infini est associé au foyer image F’, et non à F.

15. Un faisceau traverse un système optique : comment nomme-t-on les rayons avant et après leur traversée ?

Avant, ce sont des rayons incidents ou objets ; après, des rayons émergents ou images.
Avant, ce sont des rayons incidents ou images ; après, des rayons émergents ou objets.
Avant, ce sont des rayons émergents ou images ; après, des rayons incidents ou objets.
Avant, ce sont des rayons objets ou émergents ; après, des rayons images ou incidents.

Avant, ce sont des rayons incidents ou objets ; après, des rayons émergents ou images.

Explication

Les rayons qui entrent dans le système sont incidents, ou rayons objets, tandis que ceux qui en sortent sont émergents, ou rayons images. Inverser ces appellations confond l’entrée et la sortie du système.

16. Dans quel ordre se trouvent l’espace objet et l’espace image par rapport au système optique ?

Les deux espaces se trouvent en avant du système, de part et d’autre de l’axe.
L’espace objet est en avant du système et l’espace image se trouve après celui-ci.
L’espace image est en avant du système et l’espace objet se trouve après celui-ci.
Les deux espaces se trouvent après le système, de part et d’autre de l’axe.

L’espace objet est en avant du système et l’espace image se trouve après celui-ci.

Explication

L’espace objet se situe en avant du système optique, alors que l’espace image se trouve après lui. L’ordre inverse attribue à chaque espace la position de l’autre.

17. À quelle condition un point est-il défini comme un objet en optique géométrique ?

Lorsqu’il se trouve à l’intersection de deux rayons incidents.
Lorsqu’il se trouve à l’intersection de deux rayons émergents.
Lorsqu’il se trouve à l’intersection de deux plans principaux.
Lorsqu’il correspond à l’intersection d’un rayon incident et de l’axe optique.

Lorsqu’il se trouve à l’intersection de deux rayons incidents.

Explication

Un objet est un point où se croisent deux rayons incidents. L’intersection de rayons émergents définit une image plutôt qu’un objet.

18. Un point se trouve dans l’espace objet avant le système : comment le qualifier selon qu’il représente un objet ou une image ?

Il correspond à un objet virtuel ou à une image virtuelle.
Il correspond à un objet réel ou à une image virtuelle.
Il correspond à un objet virtuel ou à une image réelle.
Il correspond à un objet réel ou à une image réelle.

Il correspond à un objet réel ou à une image virtuelle.

Explication

Un objet situé dans l’espace objet est réel, tandis qu’une image située dans cet espace est virtuelle. L’inversion proposée confond les critères de réalité propres aux objets et aux images.

19. Quel est le trajet émergent d’un rayon incident qui vient du foyer principal objet F ?

Il ressort en passant par un foyer secondaire image.
Il ressort en passant par le foyer principal image F’.
Il ressort parallèlement à l’axe optique.
Il ressort par H’ parallèlement à sa direction incidente.

Il ressort parallèlement à l’axe optique.

Explication

Un rayon incident issu du foyer principal objet F ressort parallèlement à l’axe optique. Le passage par F’ caractérise plutôt un rayon incident parallèle à l’axe.

20. Un rayon incident est parallèle à l’axe optique et provient donc de l’infini : par où ressort-il ?

Il ressort en passant par le foyer principal image F’.
Il ressort en passant par le foyer principal objet F’.
Il ressort par H’ en conservant sa direction incidente.
Il ressort parallèlement à l’axe optique après être passé par F.

Il ressort en passant par le foyer principal image F’.

Explication

Un rayon incident parallèle à l’axe optique ressort en passant par le foyer principal image F’. Le foyer objet F intervient dans la règle inverse : un rayon venant de F ressort parallèle à l’axe.

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Que laisse passer un milieu transparent ?

La lumière.

Comment la lumière se propage-t-elle dans un milieu transparent et homogène ?

En ligne droite.

De quoi un faisceau lumineux est-il constitué entre ses deux rayons limites ?

De rayons émis par une source.

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