QCM : Optique ondulatoire — 23 questions

Questions et réponses du QCM

1. Au point P, deux ondes parcourent respectivement les trajets r1r_1 et r2r_2. Quelles propositions décrivent correctement la différence de marche ?

Elle correspond à la distance entre deux franges brillantes successives.
Elle s’écrit δ=r2−r1\delta = r_2-r_1.
Elle est définie au point d’arrivée P des deux ondes.
La différence de marche compare les trajets suivis par les deux ondes.
Elle est notée ii dans l’étude des franges de Young.

Elle s’écrit $$\delta = r_2-r_1$$. · Elle est définie au point d’arrivée P des deux ondes. · La différence de marche compare les trajets suivis par les deux ondes.

Explication

La différence de marche compare les trajets suivis par les deux ondes jusqu’au point P et s’écrit δ=r2−r1\delta = r_2-r_1. L’interfrange désigne, quant à lui, une distance entre franges successives.

2. Parmi les propositions suivantes concernant la nature électromagnétique de la lumière, la(les)quelle(s) est(sont) exacte(s) ?

La lumière résulte de la propagation simultanée de champs électrique et magnétique variables.
La nature électromagnétique de la lumière a été formulée par Maxwell en 1873.
La lumière correspond à une vibration mécanique transmise par un milieu matériel.
Une onde électromagnétique peut se propager sans nécessiter un milieu matériel.
Le champ électrique reste constant lorsque le champ magnétique varie au cours du temps.

La lumière résulte de la propagation simultanée de champs électrique et magnétique variables. · Une onde électromagnétique peut se propager sans nécessiter un milieu matériel.

Explication

Une onde lumineuse résulte de la variation conjointe des champs électrique et magnétique. Elle n’est pas mécanique et ne requiert donc pas un milieu matériel pour se propager.

3. Dans l’expérience des fentes de Young, quelles propositions concernant l’interfrange sont exactes ?

Sa valeur vérifie i=λDai = \frac{\lambda D}{a}.
L’interfrange est indépendant de la longueur d’onde utilisée.
L’interfrange compare les trajets r1r_1 et r2r_2 au point d’observation.
L’interfrange sépare deux franges sombres successives.
L’interfrange sépare deux franges brillantes successives.

Sa valeur vérifie $$i = \frac{\lambda D}{a}$$. · L’interfrange sépare deux franges sombres successives. · L’interfrange sépare deux franges brillantes successives.

Explication

L’interfrange est la distance séparant deux franges brillantes successives ou deux franges sombres successives. Elle est donnée par i=λDai = \frac{\lambda D}{a}, où interviennent la longueur d’onde, la distance d’observation et l’écartement des fentes.

4. Une source ponctuelle est observée à grande distance ; quelles propositions décrivent correctement la propagation associée ?

Les fronts d’onde deviennent parallèles aux rayons lumineux à grande distance.
Les fronts d’onde plans sont perpendiculaires aux rayons lumineux.
Les fronts d’onde deviennent approximativement plans à grande distance.
Les ondes émises restent sphériques avec une courbure inchangée à toute distance.
La source ponctuelle émet des ondes sphériques.

Les fronts d’onde plans sont perpendiculaires aux rayons lumineux. · Les fronts d’onde deviennent approximativement plans à grande distance. · La source ponctuelle émet des ondes sphériques.

Explication

Une source ponctuelle produit des ondes sphériques. À grande distance, ces ondes sont assimilées à des fronts plans perpendiculaires aux rayons lumineux.

5. Concernant les conditions d’interférence en fonction de la différence de marche, cochez la (les) proposition(s) exacte(s) :

Une différence de marche δ=2kλ\delta = 2k\lambda constitue un cas particulier d’interférence constructive.
Le nombre k intervenant dans ces relations est un entier.
Une différence de marche δ=kλ\delta = k\lambda produit une interférence constructive.
Une différence de marche δ=(2k+1)λ2\delta = \frac{(2k+1)\lambda}{2} produit une interférence destructive.
Une différence de marche δ=(2k+1)λ2\delta = \frac{(2k+1)\lambda}{2} correspond à un maximum lumineux.

Une différence de marche $$\delta = 2k\lambda$$ constitue un cas particulier d’interférence constructive. · Le nombre k intervenant dans ces relations est un entier. · Une différence de marche $$\delta = k\lambda$$ produit une interférence constructive. · Une différence de marche $$\delta = \frac{(2k+1)\lambda}{2}$$ produit une interférence destructive.

Explication

Les interférences sont constructives lorsque la différence de marche est un multiple entier de la longueur d’onde. Elles sont destructives lorsque cette différence vaut un multiple impair de la demi-longueur d’onde.

6. Concernant les conditions d’apparition de la diffraction, cochez la (les) proposition(s) exacte(s) :

La diffraction implique une déviation de l’onde au voisinage d’une ouverture.
Une ouverture de dimension comparable à la longueur d’onde favorise la diffraction.
Une ouverture très supérieure à la longueur d’onde produit une tache géométrique.
Une ouverture très supérieure à la longueur d’onde produit une figure de diffraction étalée.
La diffraction correspond à la réflexion d’une onde sur une surface plane.

La diffraction implique une déviation de l’onde au voisinage d’une ouverture. · Une ouverture de dimension comparable à la longueur d’onde favorise la diffraction.

Explication

La diffraction correspond à la déviation et à l’étalement d’une onde devant une ouverture ou un obstacle de dimension comparable à sa longueur d’onde. Lorsque l’ouverture est beaucoup plus grande, l’optique géométrique conduit à une tache géométrique.

7. Une lumière rouge et une lumière bleue traversent le même milieu transparent. Quelles sont les réponses exactes ?

La lumière rouge possède une fréquence plus élevée que la lumière bleue.
La lumière rouge se propage plus rapidement que la lumière bleue.
La lumière rouge possède un indice de réfraction plus grand que la lumière bleue.
La lumière bleue possède une fréquence plus élevée que la lumière rouge.
La lumière bleue possède une longueur d’onde plus courte que la lumière rouge.

La lumière rouge se propage plus rapidement que la lumière bleue. · La lumière bleue possède une fréquence plus élevée que la lumière rouge. · La lumière bleue possède une longueur d’onde plus courte que la lumière rouge.

Explication

La dispersion associe au bleu une fréquence plus élevée, une longueur d’onde plus courte et un indice plus grand. Le rouge se propage alors plus rapidement que le bleu dans le milieu transparent.

8. Concernant les conditions nécessaires à des interférences, la(les)quelle(s) est(sont) exacte(s) ?

Le déphasage entre les deux ondes cohérentes reste constant.
Les directions de propagation des deux ondes sont parallèles.
Le retard entre les deux ondes varie continûment avec le temps.
Les deux ondes cohérentes possèdent la même fréquence.
Les amplitudes des deux ondes sont identiques ou presque.

Le déphasage entre les deux ondes cohérentes reste constant. · Les directions de propagation des deux ondes sont parallèles. · Les deux ondes cohérentes possèdent la même fréquence. · Les amplitudes des deux ondes sont identiques ou presque.

Explication

Des ondes cohérentes possèdent la même fréquence et un déphasage constant, avec des directions parallèles et des amplitudes identiques ou proches. Un retard variable dans le temps ne correspond donc pas à cette cohérence.

9. Concernant la description des photons proposée par Einstein :

Les photons sont décrits comme des corpuscules de masse nulle.
Dans le vide, les photons se déplacent à la vitesse de la lumière.
Einstein a présenté cette description des photons en 1905.
Les photons sont associés à des corpuscules dépourvus de charge électrique.
Les photons portent une charge électrique non nulle lors de leur propagation.

Les photons sont décrits comme des corpuscules de masse nulle. · Dans le vide, les photons se déplacent à la vitesse de la lumière. · Einstein a présenté cette description des photons en 1905. · Les photons sont associés à des corpuscules dépourvus de charge électrique.

Explication

Selon Einstein en 1905, les photons sont des corpuscules sans masse et sans charge, se déplaçant dans le vide à la vitesse de la lumière. Ils ne sont donc pas décrits comme des particules chargées.

10. Quelles sont les réponses exactes au sujet de la structure d’une onde lumineuse ?

Le champ électrique est parallèle à la direction de propagation.
La lumière constitue ainsi une onde transversale.
Le champ électrique est perpendiculaire au champ magnétique.
Les champs électrique et magnétique sont parallèles entre eux.
Le champ magnétique est perpendiculaire à la direction de propagation.

La lumière constitue ainsi une onde transversale. · Le champ électrique est perpendiculaire au champ magnétique. · Le champ magnétique est perpendiculaire à la direction de propagation.

Explication

Dans une onde lumineuse, les champs électrique et magnétique sont perpendiculaires entre eux et à la propagation. Cette organisation géométrique caractérise une onde transversale.

11. Une ouverture est étudiée en fonction de sa dimension caractéristique et de la longueur d’onde. Quelles propositions sont exactes ?

Une dimension très supérieure à la longueur d’onde conduit à une figure de diffraction.
Une dimension très supérieure à la longueur d’onde conduit à une tache géométrique.
Une dimension comparable à la longueur d’onde relève du régime géométrique.
Une dimension comparable à la longueur d’onde conduit à une figure de diffraction.
Une dimension inférieure à la longueur d’onde conduit à une figure de diffraction.

Une dimension très supérieure à la longueur d’onde conduit à une tache géométrique. · Une dimension comparable à la longueur d’onde conduit à une figure de diffraction. · Une dimension inférieure à la longueur d’onde conduit à une figure de diffraction.

Explication

Une ouverture très supérieure à la longueur d’onde donne une tache géométrique, tandis qu’une dimension comparable ou inférieure produit une figure de diffraction. La proposition associant les deux régimes est donc inversée.

12. Cochez la (les) proposition(s) exacte(s) concernant les sources lumineuses :

Une source secondaire produit sa lumière grâce à une température élevée.
Une source chaude émet de la lumière lorsqu’elle atteint une température élevée.
Une source chaude appartient aux sources lumineuses primaires.
Une source primaire se définit par la réflexion de la lumière reçue.
Une source secondaire réfléchit la lumière sans en émettre.

Une source chaude émet de la lumière lorsqu’elle atteint une température élevée. · Une source chaude appartient aux sources lumineuses primaires. · Une source secondaire réfléchit la lumière sans en émettre.

Explication

Une source chaude est une source primaire qui émet lorsqu’elle atteint une température élevée. Une source secondaire ne produit pas la lumière considérée : elle la réfléchit.

13. Concernant les conceptions historiques de la lumière :

La théorie ondulatoire considère la lumière comme un ensemble de rayons indépendants.
La théorie ondulatoire décrit la lumière comme une vibration qui se propage.
La théorie corpusculaire a été proposée par Huygens et Fresnel.
Avant le XVIIIe siècle, la lumière était déjà principalement décrite comme une onde électromagnétique.
La théorie corpusculaire associe la lumière à des particules matérielles.

La théorie ondulatoire décrit la lumière comme une vibration qui se propage. · La théorie corpusculaire associe la lumière à des particules matérielles.

Explication

La lumière a été décrite successivement par une conception corpusculaire et une conception ondulatoire. La première l’associe à des particules, tandis que la seconde l’interprète comme une vibration.

14. Concernant les indices de réfraction et la dispersion des milieux :

La lumière rouge possède un indice de réfraction supérieur à celui de la lumière bleue.
La lumière bleue possède une fréquence plus faible que la lumière rouge.
Dans l’air, l’indice de réfraction est égal à 1.
La lumière rouge se propage plus rapidement que la lumière bleue dans un milieu transparent.
L’indice de réfraction vaut 1,33 dans l’eau et 2,41 dans le diamant.

Dans l’air, l’indice de réfraction est égal à 1. · La lumière rouge se propage plus rapidement que la lumière bleue dans un milieu transparent. · L’indice de réfraction vaut 1,33 dans l’eau et 2,41 dans le diamant.

Explication

Dans le vide et l’air, l’indice vaut 1, tandis qu’il atteint 1,33 dans l’eau et 2,41 dans le diamant. La dispersion s’explique par une vitesse plus élevée du rouge, dont la fréquence et l’indice sont inférieurs à ceux du bleu.

15. Une radiation éclaire un métal dans le cadre de l’effet photoélectrique. Quelles propositions sont exactes ?

La fréquence seuil caractérise les conditions propres au matériau métallique éclairé.
L’extraction électronique exige une fréquence incidente supérieure à la fréquence seuil.
Une fréquence incidente égale à la fréquence seuil suffit à assurer l’extraction électronique.
L’effet photoélectrique correspond à l’extraction d’électrons sous l’action d’une radiation électromagnétique.
La fréquence seuil possède une valeur indépendante du matériau métallique utilisé.

La fréquence seuil caractérise les conditions propres au matériau métallique éclairé. · L’extraction électronique exige une fréquence incidente supérieure à la fréquence seuil. · L’effet photoélectrique correspond à l’extraction d’électrons sous l’action d’une radiation électromagnétique.

Explication

L’effet photoélectrique se produit lorsque la fréquence incidente dépasse la fréquence seuil. Cette fréquence seuil dépend du matériau, tandis que l’effet ne se réduit pas à une réflexion lumineuse.

16. À propos de la quantification de l’énergie lumineuse proposée par Planck :

La constante de Planck vaut environ 6,62×10−34 J⋅s6,62 \times 10^{-34}\ \mathrm{J\cdot s}.
L’énergie d’un quantum lumineux est donnée par E=hνE = h\nu.
L’énergie lumineuse d’un quantum suit la relation E=hνE = \frac{h}{\nu}.
Planck décrit l’énergie lumineuse comme transportée par des quanta.
Planck a formulé cette proposition historique en 1900.

La constante de Planck vaut environ $$6,62 \times 10^{-34}\ \mathrm{J\cdot s}$$. · L’énergie d’un quantum lumineux est donnée par $$E = h\nu$$. · Planck décrit l’énergie lumineuse comme transportée par des quanta. · Planck a formulé cette proposition historique en 1900.

Explication

Planck a proposé en 1900 que l’énergie lumineuse soit transportée par quanta et a établi E=hνE = h\nu. La constante de Planck vaut environ 6,62×10−34 J⋅s6,62 \times 10^{-34}\ \mathrm{J\cdot s}.

17. Parmi les propositions suivantes concernant la loi de Cauchy, la(les)quelle(s) est(sont) exacte(s) ?

La loi de Cauchy relie l’indice à la longueur d’onde selon n=A+Bλ2n = A + \frac{B}{\lambda^2}.
Dans un verre Crown, l’indice vaut 1,521 pour une lumière bleue de 470 nm.
Les constantes A et B intervenant dans la loi de Cauchy sont positives.
Dans un verre Crown, l’indice vaut 1,515 pour une lumière jaune de 580 nm.
La loi de Cauchy s’écrit n=A+Bλ2n = A + B\lambda^2 pour un verre d’optique visible.

La loi de Cauchy relie l’indice à la longueur d’onde selon $$n = A + \frac{B}{\lambda^2}$$. · Dans un verre Crown, l’indice vaut 1,521 pour une lumière bleue de 470 nm. · Les constantes A et B intervenant dans la loi de Cauchy sont positives.

Explication

La loi de Cauchy s’écrit n=A+Bλ2n = A + \frac{B}{\lambda^2}, avec A et B positives. L’indice diminue donc lorsque la longueur d’onde augmente, ce qui concorde avec les valeurs du verre Crown pour le bleu et le jaune.

18. À propos du principe de Huygens :

Chaque source secondaire réémet une onde sphérique.
Le principe de Huygens attribue aux points du front une émission d’ondes planes.
L’onde réémise conserve la fréquence de l’onde incidente.
L’onde réémise possède une amplitude et une phase différentes par définition.
Chaque point d’un front d’onde peut être considéré comme une source ponctuelle secondaire.

Chaque source secondaire réémet une onde sphérique. · L’onde réémise conserve la fréquence de l’onde incidente. · Chaque point d’un front d’onde peut être considéré comme une source ponctuelle secondaire.

Explication

Selon le principe de Huygens, chaque point d’un front d’onde agit comme une source secondaire. L’onde réémise est sphérique et conserve la fréquence, l’amplitude et la phase de l’onde considérée.

19. Une onde lumineuse diffracte par un trou circulaire. Quelles sont les caractéristiques de la figure observée ?

La figure présente une symétrie de révolution.
La figure obtenue est appelée tache d’Airy.
La figure comporte une tache centrale brillante.
La figure présente des franges rectilignes régulièrement espacées.
La tache centrale est entourée de cercles concentriques.

La figure présente une symétrie de révolution. · La figure obtenue est appelée tache d’Airy. · La figure comporte une tache centrale brillante. · La tache centrale est entourée de cercles concentriques.

Explication

Un trou circulaire produit une tache d’Airy, formée d’une tache centrale brillante entourée de cercles concentriques. Cette figure possède une symétrie de révolution autour de l’axe optique.

20. Concernant le domaine visible et l’ordre spectral :

Le domaine visible s’étend approximativement de 400 à 780 nanomètres.
Les rayons gamma possèdent des longueurs d’onde inférieures à celles des rayons X.
Les infrarouges suivent le visible dans l’ordre croissant des longueurs d’onde.
Les micro-ondes précèdent les infrarouges dans l’ordre croissant des longueurs d’onde.
Les ultraviolets précèdent le visible lorsque la longueur d’onde augmente.

Le domaine visible s’étend approximativement de 400 à 780 nanomètres. · Les rayons gamma possèdent des longueurs d’onde inférieures à celles des rayons X. · Les infrarouges suivent le visible dans l’ordre croissant des longueurs d’onde. · Les ultraviolets précèdent le visible lorsque la longueur d’onde augmente.

Explication

Le visible couvre approximativement l’intervalle allant de 400 à 780 nanomètres. Dans l’ordre croissant des longueurs d’onde, les rayons gamma précèdent les rayons X, puis les ultraviolets et le visible.

21. Concernant la découverte et la nature de l’effet photoélectrique :

Une plaque métallique éclairée peut émettre des électrons lors de l’effet photoélectrique.
La découverte de l’effet photoélectrique est attribuée à Einstein en 1905.
L’effet photoélectrique se manifeste lorsque la lumière est simplement réfléchie par un métal.
Hertz a observé ce phénomène en 1887 avec une plaque métallique éclairée.
L’effet photoélectrique correspond à l’extraction d’électrons par une radiation électromagnétique.

Une plaque métallique éclairée peut émettre des électrons lors de l’effet photoélectrique. · Hertz a observé ce phénomène en 1887 avec une plaque métallique éclairée. · L’effet photoélectrique correspond à l’extraction d’électrons par une radiation électromagnétique.

Explication

Hertz a observé en 1887 l’émission d’électrons par une plaque métallique éclairée, ce qui correspond à l’effet photoélectrique. Ce phénomène concerne l’extraction d’électrons par une radiation, et non la réflexion lumineuse.

22. Concernant les conditions de validité de l’optique géométrique :

La diffraction devient importante lorsque dd est comparable à λ\lambda.
L’optique géométrique étudie directement la propagation des rayons lumineux.
Elle s’applique lorsque les dimensions caractéristiques vérifient d≫λd \gg \lambda.
La longueur d’onde doit être petite devant les dimensions caractéristiques du système.
L’optique géométrique convient lorsque dd est inférieur à λ\lambda.

La diffraction devient importante lorsque $$d$$ est comparable à $$\lambda$$. · L’optique géométrique étudie directement la propagation des rayons lumineux. · Elle s’applique lorsque les dimensions caractéristiques vérifient $$d \gg \lambda$$. · La longueur d’onde doit être petite devant les dimensions caractéristiques du système.

Explication

L’optique géométrique est valable lorsque la longueur d’onde est petite devant les dimensions caractéristiques, soit d≫λd \gg \lambda. Lorsque les dimensions deviennent comparables ou inférieures à la longueur d’onde, la diffraction devient importante.

23. Les caractéristiques des milieux considérés en optique géométrique comprennent :

L’homogénéité correspond à un indice identique en tout point du milieu.
Un milieu homogène présente un indice différent selon chaque point considéré.
La transparence permet à ces milieux de laisser passer la lumière.
Les milieux étudiés possèdent des propriétés physiques identiques dans toutes les directions.
L’isotropie signifie que leurs propriétés physiques varient selon la direction.

L’homogénéité correspond à un indice identique en tout point du milieu. · La transparence permet à ces milieux de laisser passer la lumière. · Les milieux étudiés possèdent des propriétés physiques identiques dans toutes les directions.

Explication

Les milieux étudiés en optique géométrique sont considérés transparents, isotropes et homogènes. Ils transmettent la lumière, présentent les mêmes propriétés dans toutes les directions et possèdent le même indice en tout point.

Révisez avec les flashcards

Mémorisez les réponses avec 41 flashcards sur Optique ondulatoire.

Comment la lumière était-elle considérée avant le XVIIIe siècle ?

Comme un ensemble de rayons lumineux.

Quelles sont les deux conceptions opposées de la lumière au XVIIIe siècle ?

La théorie corpusculaire et la théorie ondulatoire.

Qu'est-ce qu'une onde électromagnétique selon Maxwell en 1873 ?

Une onde résultant de champs électrique et magnétique variables simultanément.

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