QCM : Optique ondulatoire (21 questions)

Question 1

1. Qui proposa la théorie ondulatoire de la lumière en 1678 ?

James Clerk Maxwell

Thomas Young

Christiaan Huygens

René Descartes

Explication

Christiaan Huygens proposa la théorie ondulatoire de la lumière en 1678. Thomas Young est associé à l’expérience d’interférence de 1801, Descartes au modèle corpusculaire de 1637 et Maxwell à la théorie électromagnétique.

Answer

Christiaan Huygens

Question 2

2. Quel apport de Thomas Young, réalisé en 1801, établit fermement le caractère ondulatoire de la lumière ?

Une interprétation par les champs électromagnétiques

Une mesure de la vitesse dans l’eau

La formulation de la théorie ondulatoire

Une expérience d’interférence

Explication

L’expérience d’interférence de Young, réalisée en 1801, établit fermement le caractère ondulatoire de la lumière. La mesure dans l’eau est associée à Foucault, la théorie initiale à Huygens et l’interprétation électromagnétique à Maxwell.

Answer

Une expérience d’interférence

Question 3

3. Une explication de la lumière décrit des champs électrique et magnétique variables qui se propagent dans le vide. À quelle interprétation correspond-elle ?

À la théorie ondulatoire de Huygens

À un modèle corpusculaire de la lumière

À l’expérience d’interférence de Young

À une onde électromagnétique selon Maxwell

Explication

Maxwell interpréta la lumière comme une onde électromagnétique constituée de champs électrique et magnétique variables pouvant se propager dans le vide. Le modèle corpusculaire est une autre conception, tandis que Young et Huygens sont associés respectivement à l’interférence et à la théorie ondulatoire.

Answer

À une onde électromagnétique selon Maxwell

Question 4

4. Sur une surface représentée à un instant donné, quelle propriété définit un front d’onde ?

Ses points ont tous la même direction de propagation

Ses points oscillent en phase

Ses points ont tous la même amplitude

Ses points suivent la trajectoire d’un rayon

Explication

Un front d’onde est une surface de phase constante : ses points oscillent donc en phase. La direction de propagation de l’énergie est perpendiculaire au front, et ni une amplitude commune ni une trajectoire de rayon ne définissent cette surface.

Answer

Ses points oscillent en phase

Question 5

5. Pour déterminer le front d’onde ultérieur, une construction représente des ondelettes secondaires émises depuis tous les points d’un front initial. Quelle partie de ces ondelettes faut-il retenir ?

La surface passant par la source initiale

L’enveloppe vers l’avant des ondelettes

L’ondelette issue d’un seul point du front

L’enveloppe vers l’arrière des ondelettes

Explication

Selon le principe de Huygens, chaque point du front initial émet une ondelette secondaire et l’enveloppe vers l’avant de ces ondelettes forme le front ultérieur. L’enveloppe arrière, une ondelette isolée ou la surface liée à la source ne correspond pas à cette construction.

Answer

L’enveloppe vers l’avant des ondelettes

Question 6

6. Une onde passe d’un milieu où sa vitesse vaut $v_1=6{,}0\ \text{m·s}^{-1}$ à un autre où elle vaut $v_2=4{,}0\ \text{m·s}^{-1}$ . Si l’angle d’incidence est $i=30^\circ$ , quelle relation détermine l’angle de réfraction $r$ ?

\frac{\sin r}{\sin i}=\frac{v_1}{v_2}

\frac{\sin i}{\sin r}=\frac{v_1}{v_2}

\frac{\sin i}{\sin r}=\frac{v_2}{v_1}

\frac{\sin i}{\sin r}=\frac{n_1}{n_2}

Explication

La réfraction relie le rapport des sinus des angles au rapport des vitesses, dans l’ordre du milieu incident puis du milieu réfracté. Inverser les vitesses ou les sinus renverse cette relation, et les indices relèvent de l’écriture de Snell-Descartes.

Answer

$$\frac{\sin i}{\sin r}=\frac{v_1}{v_2}$$

Question 7

7. Dans un milieu, la lumière se propage à la vitesse $v=2{,}0\times10^8\ \text{m·s}^{-1}$ , tandis que sa vitesse dans le vide est $c=3{,}0\times10^8\ \text{m·s}^{-1}$ . Quelle expression donne l’indice de réfraction de ce milieu ?

n=\frac{c^2}{v}=4{,}5\times10^8\ \text{m·s}^{-1}

n=\frac{v}{c}=0{,}67

n=c-v=1{,}0\times10^8\ \text{m·s}^{-1}

n=\frac{c}{v}=1{,}5

Explication

L’indice est le rapport de la vitesse de la lumière dans le vide à sa vitesse dans le milieu : $n=c/v=3{,}0/2{,}0=1{,}5$ . Le quotient inversé, la différence et le carré ne correspondent pas à cette définition.

Answer

$$n=\frac{c}{v}=1{,}5$$

Question 8

8. Un rayon passe d’un milieu d’indice $n_1=1{,}2$ à un milieu d’indice $n_2=1{,}5$ . Quelle équation faut-il utiliser pour relier ses angles d’incidence $i$ et de réfraction $r$ ?

n_2\sin i=n_1\sin r

n_1 i=n_2 r

n_1\sin i=\frac{1}{n_2}\sin r

n_1\sin i=n_2\sin r

Explication

La loi de Snell-Descartes s’écrit $n_1\sin i=n_2\sin r$ , avec l’indice de chaque côté associé à l’angle correspondant. Échanger les indices, substituer leur inverse ou supprimer les sinus modifie la loi.

Answer

$$n_1\sin i=n_2\sin r$$

Question 9

9. Un rayon lumineux arrive sur un miroir plan avec un angle d’incidence de $38^\circ$ , mesuré par rapport à la normale. Quel est son angle de réflexion, mesuré de la même façon ?

142^\circ

76^\circ

38^\circ

52^\circ

Explication

Sur une surface plane, l’angle de réflexion est égal à l’angle d’incidence, les deux étant mesurés par rapport à la normale. $52^\circ$ est l’angle complémentaire par rapport à la surface, tandis que doubler ou prendre l’angle supplémentaire n’applique pas la loi de réflexion.

Answer

$$38^\circ$$

Question 10

10. Au même point d’un milieu, deux ondes produisent des déplacements simultanés. Comment le principe de superposition détermine-t-il le déplacement résultant ?

Par la somme des amplitudes sans tenir compte de leur direction

Par le déplacement de l’onde ayant la plus grande amplitude

Par la somme des intensités produites par les deux ondes

Par la somme vectorielle des déplacements produits par les deux ondes

Explication

Le principe de superposition donne le déplacement résultant comme la somme vectorielle des déplacements individuels. Additionner les intensités confond deux grandeurs, retenir une seule onde néglige l’autre, et une somme scalaire ignore la direction des déplacements.

Answer

Par la somme vectorielle des déplacements produits par les deux ondes

Question 11

11. Deux sources oscillent de sorte que leur différence de phase conserve la même valeur au cours du temps. Comment classe-t-on ces sources ?

Comme des sources sans différence de marche

Comme des sources cohérentes

Comme des sources d’intensité égale

Comme des sources incohérentes

Explication

Deux sources sont cohérentes lorsque leur différence de phase ne varie pas avec le temps. Une phase variable caractérise la confusion avec des sources incohérentes; l’égalité des intensités et une différence de marche nulle ne définissent pas la cohérence.

Answer

Comme des sources cohérentes

Question 12

12. Deux sources cohérentes en phase produisent des ondes de longueur d’onde $\lambda$ . En un point, la différence de marche vaut $\frac{5}{2}\lambda$ . Quel type d’interférence observe-t-on ?

Une interférence dont le type ne dépend pas de la différence de marche

Une interférence sans décalage de phase

Une interférence constructive

Une interférence destructive

Explication

Pour des sources cohérentes en phase, une différence de marche de la forme $(n+\frac{1}{2})\lambda$ produit une interférence destructive; ici, $\frac{5}{2}\lambda$ correspond à $n=2$ . Une différence de marche entière en longueurs d’onde est constructive, et la valeur donnée n’est pas un décalage nul.

Answer

Une interférence destructive

Question 13

13. Dans une expérience, une seule source lumineuse éclaire deux trous proches et des franges apparaissent sur un écran. Quel rôle jouent les deux trous ?

Ils deviennent deux sources indépendantes sans relation de phase.

Ils forment une seule source qui diffracte vers l’écran.

Ils recueillent les franges sans émettre d’ondes.

Ils deviennent deux sources cohérentes qui interfèrent.

Explication

Éclairés par une source unique, les deux trous se comportent comme des sources cohérentes et produisent des franges sur l’écran. Les sources indépendantes ne sont pas cohérentes, une seule ouverture ne décrit pas le montage, et l’écran reçoit les franges au lieu de les produire.

Answer

Ils deviennent deux sources cohérentes qui interfèrent.

Question 14

14. Dans un montage de Young, l’écran est à $D=2{,}0\,\text{m}$ des fentes, séparées de $d=0{,}50\,\text{mm}$ . Pour une longueur d’onde $\lambda=500\,\text{nm}$ , à quelle distance du centre se trouve la frange brillante d’ordre $n=3$ ?

6{,}0\,\text{mm}

2{,}0\,\text{mm}

0{,}75\,\text{mm}

5{,}0\,\text{mm}

Explication

Pour une frange brillante, $x_n=nD\lambda/d$ . Ici, $D\lambda/d=2{,}0\,\text{mm}$ , puis $x_3=3\times2{,}0=6{,}0\,\text{mm}$ ; $2{,}0\,\text{mm}$ omet l’ordre, tandis que les autres valeurs résultent d’une mauvaise relation entre les paramètres ou de la condition des franges sombres.

Answer

$$6{,}0\,\text{mm}$$

Question 15

15. Lorsqu’une onde atteint une ouverture et se propage dans une région où les rayons rectilignes auraient prévu une ombre, quel phénomène est observé ?

La réflexion.

La réfraction.

L’interférence.

La diffraction.

Explication

La diffraction désigne l’étalement d’une onde dans des régions où la propagation rectiligne prévoirait une ombre. La réflexion renvoie l’onde, la réfraction modifie sa propagation à une interface, et l’interférence concerne la superposition d’ondes.

Answer

La diffraction.

Question 16

16. Une figure lumineuse produite par une fente unique présente un maximum central et plusieurs maxima latéraux. Quelle évolution de l’intensité latérale caractérise cette figure ?

Les maxima secondaires deviennent plus faibles en s’éloignant du centre.

Les maxima secondaires deviennent plus intenses en s’éloignant du centre.

Les minima deviennent les maxima les plus intenses en s’éloignant du centre.

Tous les maxima ont la même intensité, quelle que soit leur position.

Explication

La diffraction par une fente unique présente un maximum central large et des maxima secondaires dont l’intensité diminue avec l’éloignement du centre. L’augmentation inverse la tendance, l’égalité des maxima efface cette décroissance, et les minima ne sont pas des maxima intenses.

Answer

Les maxima secondaires deviennent plus faibles en s’éloignant du centre.

Question 17

17. Une fente de largeur $a=0{,}20\,\text{mm}$ est éclairée par une lumière de longueur d’onde $\lambda=500\,\text{nm}$ . Quel est l’angle du premier minimum de diffraction, pour lequel $n=1$ ?

\sin\theta=1{,}5\times10^{-3}

\sin\theta=2{,}5\times10^{-4}

\sin\theta=400

\sin\theta=2{,}5\times10^{-3}

Explication

Pour un minimum, $\sin\theta=n\lambda/a$ . Avec $n=1$ , $\lambda=5{,}0\times10^{-7}\,\text{m}$ et $a=2{,}0\times10^{-4}\,\text{m}$ , on obtient $\sin\theta=2{,}5\times10^{-3}$ ; les autres valeurs proviennent d’une conversion erronée, de l’inversion du rapport ou de la condition des maxima.

Answer

$$\sin\theta=2{,}5\times10^{-3}$$

Question 18

18. Quelle caractéristique décrit une onde linéairement polarisée ?

Son déplacement reste orienté selon une direction fixe perpendiculaire à sa propagation.

Son déplacement s’annule pendant toute la propagation.

Son déplacement reste orienté selon la direction de sa propagation.

Son déplacement change continuellement de direction dans le plan perpendiculaire à sa propagation.

Explication

Une onde linéairement polarisée conserve une direction de déplacement fixe, perpendiculaire à sa propagation. Une orientation changeante, un déplacement longitudinal ou nul ne répond pas à cette définition.

Answer

Son déplacement reste orienté selon une direction fixe perpendiculaire à sa propagation.

Question 19

19. Une expérience de polarisation concerne quel type d’onde, compte tenu de l’orientation du champ électrique de la lumière ?

Une onde mécanique, car le champ électrique est perpendiculaire à la propagation.

Une onde longitudinale, car le champ électrique est perpendiculaire à la propagation.

Une onde transversale, car le champ électrique est parallèle à la propagation.

Une onde transversale, car le champ électrique est perpendiculaire à la propagation.

Explication

La lumière est transversale : son champ électrique est perpendiculaire à sa direction de propagation, ce qui rend sa polarisation possible. L’option « longitudinale » confond les deux types d’ondes, « parallèle » inverse l’orientation du champ, et « mécanique » attribue à tort cette propriété à la nature de la lumière.

Answer

Une onde transversale, car le champ électrique est perpendiculaire à la propagation.

Question 20

20. Un faisceau polarisé rencontre un polaroïd dont l’axe de transmission est perpendiculaire aux molécules alignées ; quelle composante du champ électrique traverse le polaroïd ?

Les deux composantes du champ électrique.

La composante parallèle à l’axe de transmission.

La composante parallèle aux molécules alignées.

La composante perpendiculaire à l’axe de transmission.

Explication

Le polaroïd absorbe la composante parallèle à ses molécules alignées et transmet celle qui suit son axe de transmission. Transmettre la composante moléculaire inverse la sélection, la composante perpendiculaire à l’axe n’est pas celle transmise, et les deux composantes ne passent pas sans sélection.

Answer

La composante parallèle à l’axe de transmission.

Question 21

21. Une lumière polarisée d’intensité $I_0$ atteint un analyseur dont l’axe est incliné de $60^\circ$ par rapport à la polarisation incidente ; quelle intensité est transmise ?

\frac{3I_0}{4}

\frac{I_0}{2}

\frac{3I_0}{2}

\frac{I_0}{4}

Explication

La loi de Malus donne $I=I_0\cos^2\theta$ . Pour $\theta=60^\circ$ , $I=I_0(1/2)^2=I_0/4$ ; $I_0/2$ omet le carré, tandis que $3I_0/4$ utilise le sinus carré et $3I_0/2$ résulte d’une mauvaise application de l’angle.

Answer

$$\frac{I_0}{4}$$

QCM : Optique ondulatoire (21 questions)

Questions et réponses du QCM

1. Qui proposa la théorie ondulatoire de la lumière en 1678 ?

2. Quel apport de Thomas Young, réalisé en 1801, établit fermement le caractère ondulatoire de la lumière ?

3. Une explication de la lumière décrit des champs électrique et magnétique variables qui se propagent dans le vide. À quelle interprétation correspond-elle ?

4. Sur une surface représentée à un instant donné, quelle propriété définit un front d’onde ?

5. Pour déterminer le front d’onde ultérieur, une construction représente des ondelettes secondaires émises depuis tous les points d’un front initial. Quelle partie de ces ondelettes faut-il retenir ?

6. Une onde passe d’un milieu où sa vitesse vaut $v_1=6{,}0\ \text{m·s}^{-1}$ à un autre où elle vaut $v_2=4{,}0\ \text{m·s}^{-1}$ . Si l’angle d’incidence est $i=30^\circ$ , quelle relation détermine l’angle de réfraction $r$ ?

7. Dans un milieu, la lumière se propage à la vitesse $v=2{,}0\times10^8\ \text{m·s}^{-1}$ , tandis que sa vitesse dans le vide est $c=3{,}0\times10^8\ \text{m·s}^{-1}$ . Quelle expression donne l’indice de réfraction de ce milieu ?

8. Un rayon passe d’un milieu d’indice $n_1=1{,}2$ à un milieu d’indice $n_2=1{,}5$ . Quelle équation faut-il utiliser pour relier ses angles d’incidence $i$ et de réfraction $r$ ?

9. Un rayon lumineux arrive sur un miroir plan avec un angle d’incidence de $38^\circ$ , mesuré par rapport à la normale. Quel est son angle de réflexion, mesuré de la même façon ?

10. Au même point d’un milieu, deux ondes produisent des déplacements simultanés. Comment le principe de superposition détermine-t-il le déplacement résultant ?

11. Deux sources oscillent de sorte que leur différence de phase conserve la même valeur au cours du temps. Comment classe-t-on ces sources ?

12. Deux sources cohérentes en phase produisent des ondes de longueur d’onde $\lambda$ . En un point, la différence de marche vaut $\frac{5}{2}\lambda$ . Quel type d’interférence observe-t-on ?

13. Dans une expérience, une seule source lumineuse éclaire deux trous proches et des franges apparaissent sur un écran. Quel rôle jouent les deux trous ?

14. Dans un montage de Young, l’écran est à $D=2{,}0\,\text{m}$ des fentes, séparées de $d=0{,}50\,\text{mm}$ . Pour une longueur d’onde $\lambda=500\,\text{nm}$ , à quelle distance du centre se trouve la frange brillante d’ordre $n=3$ ?

15. Lorsqu’une onde atteint une ouverture et se propage dans une région où les rayons rectilignes auraient prévu une ombre, quel phénomène est observé ?

16. Une figure lumineuse produite par une fente unique présente un maximum central et plusieurs maxima latéraux. Quelle évolution de l’intensité latérale caractérise cette figure ?

17. Une fente de largeur $a=0{,}20\,\text{mm}$ est éclairée par une lumière de longueur d’onde $\lambda=500\,\text{nm}$ . Quel est l’angle du premier minimum de diffraction, pour lequel $n=1$ ?

18. Quelle caractéristique décrit une onde linéairement polarisée ?

19. Une expérience de polarisation concerne quel type d’onde, compte tenu de l’orientation du champ électrique de la lumière ?

20. Un faisceau polarisé rencontre un polaroïd dont l’axe de transmission est perpendiculaire aux molécules alignées ; quelle composante du champ électrique traverse le polaroïd ?

21. Une lumière polarisée d’intensité $I_0$ atteint un analyseur dont l’axe est incliné de $60^\circ$ par rapport à la polarisation incidente ; quelle intensité est transmise ?

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Questions et réponses du QCM

1. Qui proposa la théorie ondulatoire de la lumière en 1678 ?

2. Quel apport de Thomas Young, réalisé en 1801, établit fermement le caractère ondulatoire de la lumière ?

3. Une explication de la lumière décrit des champs électrique et magnétique variables qui se propagent dans le vide. À quelle interprétation correspond-elle ?

4. Sur une surface représentée à un instant donné, quelle propriété définit un front d’onde ?

5. Pour déterminer le front d’onde ultérieur, une construction représente des ondelettes secondaires émises depuis tous les points d’un front initial. Quelle partie de ces ondelettes faut-il retenir ?

8. Un rayon passe d’un milieu d’indice n1=1,2n_1=1{,}2n1​=1,2 à un milieu d’indice n2=1,5n_2=1{,}5n2​=1,5. Quelle équation faut-il utiliser pour relier ses angles d’incidence iii et de réfraction rrr ?

9. Un rayon lumineux arrive sur un miroir plan avec un angle d’incidence de 38∘38^\circ38∘, mesuré par rapport à la normale. Quel est son angle de réflexion, mesuré de la même façon ?

10. Au même point d’un milieu, deux ondes produisent des déplacements simultanés. Comment le principe de superposition détermine-t-il le déplacement résultant ?

11. Deux sources oscillent de sorte que leur différence de phase conserve la même valeur au cours du temps. Comment classe-t-on ces sources ?

12. Deux sources cohérentes en phase produisent des ondes de longueur d’onde λ\lambdaλ. En un point, la différence de marche vaut 52λ\frac{5}{2}\lambda25​λ. Quel type d’interférence observe-t-on ?

13. Dans une expérience, une seule source lumineuse éclaire deux trous proches et des franges apparaissent sur un écran. Quel rôle jouent les deux trous ?

14. Dans un montage de Young, l’écran est à D=2,0 mD=2{,}0\,\text{m}D=2,0m des fentes, séparées de d=0,50 mmd=0{,}50\,\text{mm}d=0,50mm. Pour une longueur d’onde λ=500 nm\lambda=500\,\text{nm}λ=500nm, à quelle distance du centre se trouve la frange brillante d’ordre n=3n=3n=3 ?

15. Lorsqu’une onde atteint une ouverture et se propage dans une région où les rayons rectilignes auraient prévu une ombre, quel phénomène est observé ?

16. Une figure lumineuse produite par une fente unique présente un maximum central et plusieurs maxima latéraux. Quelle évolution de l’intensité latérale caractérise cette figure ?

17. Une fente de largeur a=0,20 mma=0{,}20\,\text{mm}a=0,20mm est éclairée par une lumière de longueur d’onde λ=500 nm\lambda=500\,\text{nm}λ=500nm. Quel est l’angle du premier minimum de diffraction, pour lequel n=1n=1n=1 ?

18. Quelle caractéristique décrit une onde linéairement polarisée ?

19. Une expérience de polarisation concerne quel type d’onde, compte tenu de l’orientation du champ électrique de la lumière ?

20. Un faisceau polarisé rencontre un polaroïd dont l’axe de transmission est perpendiculaire aux molécules alignées ; quelle composante du champ électrique traverse le polaroïd ?

21. Une lumière polarisée d’intensité I0I_0I0​ atteint un analyseur dont l’axe est incliné de 60∘60^\circ60∘ par rapport à la polarisation incidente ; quelle intensité est transmise ?

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8. Un rayon passe d’un milieu d’indice $n_1=1{,}2$ à un milieu d’indice $n_2=1{,}5$ . Quelle équation faut-il utiliser pour relier ses angles d’incidence $i$ et de réfraction $r$ ?

9. Un rayon lumineux arrive sur un miroir plan avec un angle d’incidence de $38^\circ$ , mesuré par rapport à la normale. Quel est son angle de réflexion, mesuré de la même façon ?

12. Deux sources cohérentes en phase produisent des ondes de longueur d’onde $\lambda$ . En un point, la différence de marche vaut $\frac{5}{2}\lambda$ . Quel type d’interférence observe-t-on ?

14. Dans un montage de Young, l’écran est à $D=2{,}0\,\text{m}$ des fentes, séparées de $d=0{,}50\,\text{mm}$ . Pour une longueur d’onde $\lambda=500\,\text{nm}$ , à quelle distance du centre se trouve la frange brillante d’ordre $n=3$ ?

17. Une fente de largeur $a=0{,}20\,\text{mm}$ est éclairée par une lumière de longueur d’onde $\lambda=500\,\text{nm}$ . Quel est l’angle du premier minimum de diffraction, pour lequel $n=1$ ?

21. Une lumière polarisée d’intensité $I_0$ atteint un analyseur dont l’axe est incliné de $60^\circ$ par rapport à la polarisation incidente ; quelle intensité est transmise ?