QCM : Optique géométrique et systèmes centrés — 19 questions

Questions et réponses du QCM

1. Quelle propriété caractérise un spectre continu ?

La source émet selon quelques longueurs d’onde
La source produit une lumière dépourvue de couleur
La source émet à chaque longueur d’onde
La source n’émet que dans le domaine infrarouge

La source émet à chaque longueur d’onde

Explication

Un spectre continu correspond à une émission lumineuse présente pour chaque longueur d’onde. Un spectre limité à quelques longueurs d’onde est au contraire discret.

2. Quel dispositif est un exemple de source produisant un spectre discret ?

Une lampe à incandescence
Un laser
Une flamme blanche uniforme
Le Soleil observé sans instrument

Un laser

Explication

Un laser émet une lumière associée à quelques longueurs d’onde, ce qui caractérise un spectre discret. La lampe à incandescence est plutôt un exemple de source à spectre continu.

3. Comment définit-on la longueur d’onde d’une onde lumineuse ?

La durée nécessaire pour traverser un milieu donné
La distance entre deux points qui vibrent en même temps
La quantité d’énergie transportée par un photon
La direction moyenne de propagation de l’onde

La distance entre deux points qui vibrent en même temps

Explication

La longueur d’onde est la petite distance séparant deux points qui vibrent en même temps. La durée de propagation et l’énergie transportée décrivent d’autres propriétés physiques.

4. Quelle affirmation décrit correctement la lumière visible ?

C’est une vibration mécanique se propageant dans l’air
C’est une onde sonore dont la fréquence détermine la teinte
C’est une particule immobile produisant une couleur fixe
C’est une onde électromagnétique perceptible par l’œil

C’est une onde électromagnétique perceptible par l’œil

Explication

La lumière visible est une onde électromagnétique détectable par l’œil humain. Une onde sonore est mécanique et ne constitue pas la lumière visible.

5. Que signifie l’acronyme MHTI pour un milieu optique ?

Mobile, horizontal, tangent et incident
Homogène, transparent et isotrope
Hétérogène, translucide, intermittent et orienté
Magnétique, hétérogène, thermique et ionisé

Homogène, transparent et isotrope

Explication

Un milieu MHTI est homogène, transparent et isotrope. Les autres descriptions ne correspondent pas aux trois propriétés définissant ce modèle.

6. Dans les conditions étudiées, de quelles grandeurs la célérité de la lumière est-elle indépendante ?

De l’indice du milieu et de la direction choisie
De la température et de la pression du milieu
De la fréquence et du référentiel
De la longueur du trajet et de la couleur observée

De la fréquence et du référentiel

Explication

Dans les conditions considérées, la célérité ne dépend ni de la fréquence ni du référentiel. La dépendance à la fréquence peut toutefois apparaître dans un milieu dispersif.

7. Quelle définition correspond à un rayon lumineux dans le modèle géométrique ?

Une ligne suivant laquelle l’onde lumineuse se déplace
Un faisceau constitué de plusieurs couleurs distinctes
Une oscillation mesurant l’intensité de la lumière
Une surface séparant deux milieux transparents

Une ligne suivant laquelle l’onde lumineuse se déplace

Explication

Un rayon lumineux est une ligne indiquant la direction de déplacement de l’onde lumineuse. Une surface de séparation ou un faisceau désigne un autre objet optique.

8. Quelle propriété distingue l’homogénéité de l’isotropie d’un milieu ?

L’homogénéité signifie que la lumière y suit une trajectoire courbe
L’homogénéité signifie que le milieu laisse passer toutes les couleurs
L’homogénéité signifie que les propriétés ne varient pas selon la direction
L’homogénéité signifie que les propriétés ne varient pas selon le point considéré

L’homogénéité signifie que les propriétés ne varient pas selon le point considéré

Explication

L’homogénéité concerne l’absence de variation des propriétés physiques d’un point à l’autre. L’indépendance vis-à-vis de la direction de propagation définit l’isotropie.

9. Lorsqu’un rayon lumineux atteint un dioptre, où se situent les rayons réfléchi et réfracté ?

Dans le plan d’incidence, de part et d’autre de la normale
Dans deux plans perpendiculaires, du même côté de la normale
Hors du plan d’incidence, avec le rayon réfracté dans le premier milieu
Dans le second milieu, tandis que le rayon réfléchi disparaît

Dans le plan d’incidence, de part et d’autre de la normale

Explication

Les rayons réfléchi et réfracté appartiennent au plan d’incidence et se trouvent de part et d’autre de la normale. Le rayon réfléchi reste dans le premier milieu, tandis que le rayon réfracté passe dans le second.

10. Quelle relation exprime la deuxième loi de Snell-Descartes en angles orientés ?

i2=i1i_2=i_1
r=i1r=i_1
n1r=n2i1n_1r=n_2i_1
r=i2r=i_2

$$r=i_1$$

Explication

La deuxième loi établit que l’angle de réflexion orienté est égal à l’angle d’incidence, soit r=i1r=i_1. L’angle de réfraction est déterminé par la loi reliant les indices et les sinus des angles.

11. Quelle équation traduit la troisième loi de Snell-Descartes pour la réfraction ?

sin(n1i1)=sin(n2i2)\sin(n_1i_1)=\sin(n_2i_2)
n1i1=n2i2n_1i_1=n_2i_2
n1+n2=sin(i1+i2)n_1+n_2=\sin(i_1+i_2)
n1sin(i1)=n2sin(i2)n_1\sin(i_1)=n_2\sin(i_2)

$$n_1\sin(i_1)=n_2\sin(i_2)$$

Explication

La loi de réfraction relie les indices aux sinus des angles par n1sin(i1)=n2sin(i2)n_1\sin(i_1)=n_2\sin(i_2). Une relation directe entre les angles eux-mêmes ne constitue pas la loi de Snell-Descartes.

12. Dans quelle situation la réflexion totale peut-elle se produire ?

Lorsque n2>n1n_2>n_1 et i1<i1limi_1<i_{1\mathrm{lim}}
Lorsque n2<n1n_2<n_1 et i1>i1limi_1>i_{1\mathrm{lim}}
Lorsque n2<n1n_2<n_1 et i1<i1limi_1<i_{1\mathrm{lim}}
Lorsque n2=n1n_2=n_1 et i1=i1limi_1=i_{1\mathrm{lim}}

Lorsque $$n_2<n_1$$ et $$i_1>i_{1\mathrm{lim}}$$

Explication

La réflexion totale apparaît lorsque le rayon passe vers un milieu d’indice plus faible et que l’incidence dépasse l’angle limite. Une incidence inférieure à cet angle permet encore une réfraction.

13. Quelle image un miroir plan forme-t-il d’un objet réel placé devant sa surface réfléchissante ?

Une image réelle, située devant le miroir
Une image réelle, située derrière le miroir
Une image virtuelle, située devant le miroir
Une image virtuelle, située derrière le miroir

Une image virtuelle, située derrière le miroir

Explication

Un objet réel placé devant un miroir plan donne une image virtuelle derrière le miroir. Une image réelle peut au contraire être obtenue lorsqu’un objet virtuel est utilisé, et non dans la situation décrite ici.

14. Quelle relation de conjugaison relie les distances algébriques d’un objet et de son image dans un miroir plan ?

HA=HA\overline{HA'}=\overline{HA}
HA=HA\overline{HA'}=-\overline{HA}
HA=HA+1\overline{HA'}=\overline{HA}+1
HA=1HA\overline{HA'}=\frac{1}{\overline{HA}}

$$\overline{HA'}=-\overline{HA}$$

Explication

Pour un miroir plan, les distances algébriques vérifient HA=HA\overline{HA'}=-\overline{HA}, ce qui traduit la symétrie de l’objet et de l’image par rapport au miroir. Le grandissement ne donne pas cette relation de position : il décrit la taille et l’orientation de l’image.

15. Quelle propriété définit le stigmatisme d’un système optique ?

Un objet étendu donne une image de même taille
Un point objet donne un point image
Un point objet donne une tache très légèrement étendue
Un objet perpendiculaire donne une image sans déformation

Un point objet donne un point image

Explication

Le stigmatisme signifie qu’un point objet forme un point image. Une très petite tache considérée comme ponctuelle correspond plutôt au stigmatisme approché, tandis que les autres réponses décrivent d’autres propriétés.

16. Quelle caractéristique définit un système optique ?

Un milieu homogène traversé par des rayons sans interface
Un ensemble de surfaces réfléchissantes réunies autour d’un axe
Un ensemble de milieux transparents séparés par des dioptres
Un ensemble de lentilles identiques placées dans le même plan

Un ensemble de milieux transparents séparés par des dioptres

Explication

Un système optique réunit des milieux homogènes, transparents et isotropes séparés par des dioptres. Il ne se réduit donc ni à des surfaces réfléchissantes ni à un milieu dépourvu d’interfaces.

17. Qu’est-ce qui caractérise un système centré ?

Il associe plusieurs milieux ayant un même indice de réfraction
Il transforme chaque point objet en une image de même dimension
Il possède un plan de symétrie contenant tous les rayons incidents
Il possède un axe de symétrie de révolution appelé axe optique

Il possède un axe de symétrie de révolution appelé axe optique

Explication

Un système centré est défini par un axe de symétrie de révolution, appelé axe optique. Un plan de symétrie ou l’égalité des dimensions des images ne constitue pas le critère de définition d’un tel système.

18. Dans quelles conditions une image ponctuelle peut-elle être considérée comme un point malgré son étalement ?

Lorsque la tache image est plus grande que l’ouverture du diaphragme
Lorsque l’image conserve exactement la taille du point objet
Lorsque la tache image est plus petite que la résolution de l’observateur
Lorsque les rayons incidents sont tous fortement inclinés

Lorsque la tache image est plus petite que la résolution de l’observateur

Explication

Le stigmatisme approché est obtenu lorsque l’image d’un point forme une minuscule tache inférieure à la résolution, donc perçue comme un point. Une tache plus grande ou des rayons fortement inclinés ne répondent pas à cette condition.

19. Pour appliquer les conditions de Gauss, quels rayons conserve-t-on dans le système optique ?

Les rayons réfléchis, dirigés vers le bord du diaphragme
Les rayons divergents, émis depuis les extrémités de l’objet
Les rayons marginaux, éloignés de l’axe et très inclinés
Les rayons paraxiaux, proches de l’axe et peu inclinés

Les rayons paraxiaux, proches de l’axe et peu inclinés

Explication

Les conditions de Gauss consistent à diaphragmer le système et à ne conserver que les rayons paraxiaux, proches de l’axe optique et peu inclinés. Les rayons marginaux sont au contraire éloignés de l’axe et ne correspondent pas à cette approximation.

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Mémorisez les réponses avec 32 flashcards sur Optique géométrique et systèmes centrés.

Qu'est-ce que la lumière ?

Une onde électromagnétique visible.

Qu'est-ce que la longueur d'onde ?

La petite distance entre deux points qui vibrent en même temps.

Qu'est-ce qu'un spectre continu ?

Une émission de lumière à chaque longueur d'onde.

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