QCM : Sources lumineuses et optique géométrique — 25 questions

Questions et réponses du QCM

1. Concernant les modèles historiques de la lumière, cochez la (les) proposition(s) exacte(s) :

L’optique géométrique représente la lumière par des rayons.
Les instruments optiques simples forment des images interprétables par l’optique géométrique.
Les interférences sont expliquées par le modèle ondulatoire de la lumière.
La diffraction relève principalement de l’interprétation ondulatoire de la lumière.
Le modèle ondulatoire décrit la formation des images par des rayons lumineux.

L’optique géométrique représente la lumière par des rayons. · Les instruments optiques simples forment des images interprétables par l’optique géométrique. · Les interférences sont expliquées par le modèle ondulatoire de la lumière. · La diffraction relève principalement de l’interprétation ondulatoire de la lumière.

Explication

L’optique géométrique utilise des rayons et explique les images formées par des instruments simples. La diffraction et les interférences sont des phénomènes expliqués par le modèle ondulatoire, et non par le modèle géométrique.

2. Parmi les propositions suivantes concernant le modèle ondulatoire, la(les)quelle(s) est(sont) exacte(s) ?

Le modèle ondulatoire représente la lumière comme un ensemble de grains mécaniques.
La polarisation constitue un phénomène décrit par le modèle ondulatoire.
Le modèle ondulatoire ne rend pas compte de la diffraction.
Les interférences peuvent être interprétées grâce au modèle ondulatoire.
Huygens a suggéré le modèle ondulatoire dès 1665.

La polarisation constitue un phénomène décrit par le modèle ondulatoire. · Les interférences peuvent être interprétées grâce au modèle ondulatoire. · Huygens a suggéré le modèle ondulatoire dès 1665.

Explication

Huygens propose ce modèle dès 1665, dans lequel la lumière est décrite comme une onde. Ce modèle explique notamment la diffraction, les interférences et la polarisation; il ne la réduit pas à des grains mécaniques.

3. Selon la conception newtonienne et son évolution expérimentale :

L’expérience de la polarisation a justifié le modèle corpusculaire de Newton.
Les particules lumineuses étaient soumises aux lois de la mécanique newtonienne.
Newton concevait la lumière comme constituée de particules.
L’effet photoélectrique a apporté une justification expérimentale au modèle corpusculaire.
L’effet photoélectrique a été observé par Einstein en 1905.

Les particules lumineuses étaient soumises aux lois de la mécanique newtonienne. · Newton concevait la lumière comme constituée de particules. · L’effet photoélectrique a apporté une justification expérimentale au modèle corpusculaire. · L’effet photoélectrique a été observé par Einstein en 1905.

Explication

Newton décrit la lumière comme des particules ou grains obéissant à la mécanique newtonienne. L’effet photoélectrique observé par Einstein en 1905 a fourni une justification expérimentale à cette conception; la polarisation n’est pas l’expérience mentionnée ici.

4. Quelles sont les réponses exactes au sujet de la dualité onde-corpuscule ?

La dualité associe deux types de comportement de la lumière.
La lumière possède des propriétés corpusculaires dans toutes les expériences.
La lumière peut manifester des propriétés corpusculaires selon l’expérience considérée.
La dualité signifie que la lumière est dépourvue de propriétés ondulatoires.
La lumière peut manifester des propriétés ondulatoires selon l’expérience réalisée.

La dualité associe deux types de comportement de la lumière. · La lumière peut manifester des propriétés corpusculaires selon l’expérience considérée. · La lumière peut manifester des propriétés ondulatoires selon l’expérience réalisée.

Explication

La dualité onde-corpuscule signifie que la lumière peut présenter un comportement ondulatoire ou corpusculaire selon l’expérience. Elle ne signifie ni que le comportement corpusculaire est permanent, ni que les propriétés ondulatoires sont absentes.

5. Concernant la définition d’une onde, la(les)quelle(s) est(sont) exacte(s) ?

La propagation ondulatoire s’effectue de proche en proche.
Une onde correspond à la propagation d’une perturbation dans un milieu.
Une onde assure le déplacement global de matière avec la perturbation.
Une onde se propage sans transmission de proche en proche.
Une onde transmet une perturbation sans transfert d’énergie.

La propagation ondulatoire s’effectue de proche en proche. · Une onde correspond à la propagation d’une perturbation dans un milieu.

Explication

Une onde est la propagation d’une perturbation de proche en proche, avec transfert d’énergie. Elle ne correspond pas à un transport global de matière et n’est pas dépourvue de transfert énergétique.

6. Pour une onde monochromatique de période TT, cochez la (les) proposition(s) exacte(s) :

La fréquence reste indépendante du milieu traversé.
La fréquence varie avec l’indice optique du milieu traversé.
La fréquence vérifie f=1Tf=\frac{1}{T}.
La période et la fréquence sont liées par une relation inverse.
La vitesse de propagation peut dépendre du milieu traversé.

La fréquence reste indépendante du milieu traversé. · La fréquence vérifie $$f=\frac{1}{T}$$. · La période et la fréquence sont liées par une relation inverse. · La vitesse de propagation peut dépendre du milieu traversé.

Explication

La relation fréquentielle est f=1Tf=\frac{1}{T}, et la fréquence reste indépendante du milieu traversé. La période lui est donc inversement liée; en revanche, c’est la vitesse, et non la fréquence, qui peut dépendre du milieu.

7. Les caractéristiques d’une onde monochromatique comprennent :

Une longueur d’onde liée à la célérité et à la période.
Une longueur d’onde indépendante de la vitesse de propagation.
Une longueur d’onde donnée par λ=vT\lambda=vT.
Une longueur d’onde calculée par λ=fv\lambda=\frac{f}{v}.
Une longueur d’onde donnée par λ=vf\lambda=\frac{v}{f}.

Une longueur d’onde liée à la célérité et à la période. · Une longueur d’onde donnée par $$\lambda=vT$$. · Une longueur d’onde donnée par $$\lambda=\frac{v}{f}$$.

Explication

La longueur d’onde vérifie λ=vT=vf\lambda=vT=\frac{v}{f}. Elle dépend donc de la vitesse de propagation et de la période; les expressions inversées ou indépendantes de la vitesse sont incorrectes.

8. Une onde lumineuse se propageant dans un milieu transparent d’indice nn vérifie :

Son indice optique respecte la condition n≤1n\leq1.
Sa vitesse est supérieure à cc lorsque n>1n>1.
Sa vitesse est indépendante de l’indice optique du milieu.
Sa vitesse est donnée par v=cnv=cn.
Sa vitesse est donnée par v=cnv=\frac{c}{n}.

Sa vitesse est donnée par $$v=\frac{c}{n}$$.

Explication

Dans un milieu transparent, la vitesse de propagation vaut v=cnv=\frac{c}{n} et l’indice vérifie n≥1n\geq1. Les autres formulations inversent la relation ou contredisent cette condition.

9. À propos des sources primaires de lumière :

Une source primaire produit effectivement la lumière qu’elle émet.
Une étoile constitue un exemple de source primaire.
Une image éclairée est une source primaire de lumière.
Une LED appartient à la catégorie des sources secondaires.
Une source primaire devient lumineuse après réflexion d’un éclairage extérieur.

Une source primaire produit effectivement la lumière qu’elle émet. · Une étoile constitue un exemple de source primaire.

Explication

Une source primaire produit elle-même la lumière émise; une étoile en est un exemple, comme le Soleil ou une LED. Une image éclairée relève des sources secondaires, tandis qu’une source primaire ne dépend pas d’une réflexion extérieure pour produire sa lumière.

10. Parmi les propositions suivantes concernant les sources secondaires, la(les)quelle(s) est(sont) exacte(s) ?

Une source secondaire réfléchit ou diffuse la lumière d’une autre source.
Une source secondaire produit sa lumière indépendamment de tout éclairage.
Une image peut être considérée comme une source secondaire.
Une source secondaire émet lorsqu’elle reçoit un éclairage extérieur.
Une source secondaire dépend de l’éclairement reçu pour être visible.

Une source secondaire réfléchit ou diffuse la lumière d’une autre source. · Une image peut être considérée comme une source secondaire. · Une source secondaire émet lorsqu’elle reçoit un éclairage extérieur. · Une source secondaire dépend de l’éclairement reçu pour être visible.

Explication

Une source secondaire devient visible grâce à la lumière reçue, qu’elle réfléchit ou diffuse. Les images sont des sources secondaires; elles ne produisent pas leur propre lumière indépendamment d’un éclairage extérieur.

11. Concernant les spectres des sources lumineuses, cochez la (les) proposition(s) exacte(s) :

Les raies spectrales d’une lampe ne dépendent pas de l’élément présent.
Une lampe spectrale produit un spectre continu couvrant tout le visible.
Le spectre d’une lampe spectrale comporte des raies fines caractéristiques.
Le rayonnement blanc couvre l’ensemble du domaine visible.
Une source de lumière blanche possède un spectre continu et large.

Le spectre d’une lampe spectrale comporte des raies fines caractéristiques. · Le rayonnement blanc couvre l’ensemble du domaine visible. · Une source de lumière blanche possède un spectre continu et large.

Explication

La lumière blanche est polychromatique et son spectre est continu, large et couvrant le visible. Une lampe spectrale produit au contraire des raies fines, caractéristiques de l’élément qu’elle contient; ces raies ne forment donc pas un spectre continu indépendant de l’élément.

12. Concernant la validité de l’approximation de l’optique géométrique, cochez la (les) proposition(s) exacte(s) :

L’optique géométrique s’applique lorsque la longueur caractéristique est très inférieure à λ\lambda.
La longueur caractéristique doit être très supérieure à la longueur d’onde pour négliger la diffraction.
L’approximation est valable lorsque la longueur caractéristique vérifie a≫λa\gg\lambda.
Une variation lente du milieu à grande échelle favorise la description géométrique.
La diffraction devient importante lorsque les dimensions sont comparables à la longueur d’onde.

La longueur caractéristique doit être très supérieure à la longueur d’onde pour négliger la diffraction. · L’approximation est valable lorsque la longueur caractéristique vérifie $$a\gg\lambda$$. · Une variation lente du milieu à grande échelle favorise la description géométrique. · La diffraction devient importante lorsque les dimensions sont comparables à la longueur d’onde.

Explication

La description géométrique est valable lorsque a≫λa\gg\lambda, ce qui correspond à des variations lentes et à une diffraction négligeable. Lorsque les dimensions deviennent comparables à λ\lambda, la diffraction devient importante ; l’affirmation a≪λa\ll\lambda inverse donc la condition.

13. Lorsqu’un trou devient très petit, quelles conséquences optiques sont exactes ?

La diffraction devient liée à la petitesse de l’ouverture.
Le diamètre réduit du trou supprime les phénomènes ondulatoires.
Les rayons lumineux peuvent être diffractés par le trou.
La propagation reste décrite par une image géométrique fidèle du trou.
L’image obtenue peut ne plus correspondre à l’image géométrique du trou.

La diffraction devient liée à la petitesse de l’ouverture. · Les rayons lumineux peuvent être diffractés par le trou. · L’image obtenue peut ne plus correspondre à l’image géométrique du trou.

Explication

Une ouverture très petite diffracte les rayons lumineux et produit une image qui ne correspond plus à l’image géométrique attendue. La diffraction est précisément favorisée par la petitesse du trou ; elle ne supprime pas les phénomènes ondulatoires.

14. À propos de la définition d’un rayon lumineux :

Il indique la direction de propagation de l’énergie lumineuse.
Le rayon décrit une direction de propagation plutôt qu’un volume lumineux étendu.
Un rayon lumineux correspond à un faisceau de diamètre macroscopique.
La notion de rayon lumineux relève d’une idéalisation théorique.
Un rayon lumineux est la limite théorique d’un pinceau dont le diamètre tend vers zéro.

Il indique la direction de propagation de l’énergie lumineuse. · Le rayon décrit une direction de propagation plutôt qu’un volume lumineux étendu. · La notion de rayon lumineux relève d’une idéalisation théorique. · Un rayon lumineux est la limite théorique d’un pinceau dont le diamètre tend vers zéro.

Explication

Un rayon lumineux est une limite théorique obtenue lorsque le diamètre du pinceau tend vers zéro, et il indique la direction de propagation de l’énergie. Il ne désigne donc pas un faisceau de diamètre macroscopique.

15. Un faisceau lumineux est convergent, divergent ou parallèle selon l’orientation relative de ses rayons. Quelles propositions sont exactes ?

Dans un faisceau convergent, les rayons s’éloignent d’une zone.
Dans un faisceau divergent, les rayons s’éloignent les uns des autres.
Dans un faisceau convergent, les rayons se dirigent vers une zone.
Dans un faisceau divergent, les rayons se dirigent vers une zone commune.
Dans un faisceau parallèle, les rayons restent parallèles entre eux.

Dans un faisceau divergent, les rayons s’éloignent les uns des autres. · Dans un faisceau convergent, les rayons se dirigent vers une zone. · Dans un faisceau parallèle, les rayons restent parallèles entre eux.

Explication

Un faisceau convergent est dirigé vers une zone, tandis qu’un faisceau divergent s’en éloigne. Dans un faisceau parallèle, les rayons sont parallèles entre eux ; les propositions inversant convergent et divergent sont donc incorrectes.

16. Dans quel cas la propagation rectiligne des rayons lumineux est-elle assurée ?

Un milieu homogène favorise une trajectoire rectiligne du rayon.
Elle concerne un milieu isotrope dont l’indice ne varie pas spatialement.
Elle est assurée dans un milieu transparent, linéaire et homogène.
Dans un milieu d’indice variable, la trajectoire peut devenir courbe.
Un rayon lumineux se propage alors suivant une ligne droite.

Un milieu homogène favorise une trajectoire rectiligne du rayon. · Elle concerne un milieu isotrope dont l’indice ne varie pas spatialement. · Elle est assurée dans un milieu transparent, linéaire et homogène. · Dans un milieu d’indice variable, la trajectoire peut devenir courbe. · Un rayon lumineux se propage alors suivant une ligne droite.

Explication

Dans un milieu transparent, linéaire, homogène et isotrope, les rayons se propagent en ligne droite. À l’inverse, une variation spatiale de l’indice peut courber la trajectoire du rayon.

17. Quelles affirmations décrivent correctement le principe du retour inverse ?

Le trajet lumineux est indépendant du sens de propagation.
La lumière suit de B vers A le même chemin que de A vers B.
Le principe dépend de l’orientation choisie pour le parcours.
Le principe affirme que deux rayons lumineux se modifient mutuellement.
Le retour inverse décrit les interactions entre rayons lumineux.

Le trajet lumineux est indépendant du sens de propagation. · La lumière suit de B vers A le même chemin que de A vers B.

Explication

Le retour inverse signifie que le chemin de B vers A est le même que celui de A vers B, indépendamment du sens de parcours. Il concerne la réversibilité du trajet et non les interactions entre rayons.

18. Concernant la notion de dioptre, quelles propositions sont exactes ?

Un dioptre sépare deux milieux possédant le même indice.
Un dioptre sépare deux milieux homogènes d’indices différents.
Une frontière entre deux régions d’indices différents ne peut pas être fictive.
Un dioptre désigne exclusivement une surface matérielle réelle.
Une surface située dans un milieu homogène constitue un dioptre.

Un dioptre sépare deux milieux homogènes d’indices différents.

Explication

Un dioptre est une surface réelle ou fictive séparant deux milieux homogènes d’indices différents. Une surface interne à un milieu homogène ou une séparation entre milieux de même indice ne répond pas à cette définition ; le dioptre peut aussi être fictif.

19. À l’interface de deux milieux transparents, homogènes et isotropes, quelles propositions sont exactes ?

Le rayon incident donne naissance à un rayon réfléchi.
Un rayon réfracté peut également apparaître à l’interface.
La réfraction est présente dans toutes les situations d’interface.
La réflexion peut subsister lors d’une réflexion totale.
La réflexion disparaît lorsque la réfraction devient impossible.

Le rayon incident donne naissance à un rayon réfléchi. · Un rayon réfracté peut également apparaître à l’interface. · La réflexion peut subsister lors d’une réflexion totale.

Explication

À l’interface, le rayon incident produit un rayon réfléchi et peut produire un rayon réfracté. En cas de réflexion totale, la réfraction disparaît mais la réflexion subsiste ; la réfraction n’est donc pas présente dans toutes les situations.

20. Un rayon lumineux rencontre un dioptre plan. Quelles propriétés du rayon réfléchi sont exactes ?

Ses angles vérifient i1′=−i1i'_1=-i_1.
Il est le symétrique du rayon incident par rapport à la normale.
Le rayon réfléchi est symétrique par rapport à la surface du dioptre.
Le rayon réfléchi appartient au plan d’incidence.
La réflexion conserve le plan défini par le rayon incident et la normale.

Ses angles vérifient $$i'_1=-i_1$$. · Il est le symétrique du rayon incident par rapport à la normale. · Le rayon réfléchi appartient au plan d’incidence. · La réflexion conserve le plan défini par le rayon incident et la normale.

Explication

Le rayon réfléchi reste dans le plan d’incidence et est le symétrique du rayon incident par rapport à la normale. Avec les angles orientés, on obtient i1′=−i1i'_1=-i_1 ; la symétrie ne se fait pas par rapport à la surface.

21. Un rayon passe d’un milieu d’indice n1n_1 à un milieu d’indice n2n_2. Quelles propositions décrivent correctement sa déviation ?

Si n1>n2n_1>n_2, le rayon réfracté s’éloigne de la normale.
Si n1>n2n_1>n_2, les angles vérifient i1<i2i_1<i_2.
Si n1<n2n_1<n_2, le rayon réfracté s’éloigne de la normale.
Si n1<n2n_1<n_2, les angles vérifient i1<i2i_1<i_2.
Si n1<n2n_1<n_2, le rayon réfracté se rapproche de la normale.

Si $$n_1>n_2$$, le rayon réfracté s’éloigne de la normale. · Si $$n_1>n_2$$, les angles vérifient $$i_1<i_2$$. · Si $$n_1<n_2$$, le rayon réfracté se rapproche de la normale.

Explication

Lorsque n1>n2n_1>n_2, le rayon s’éloigne de la normale et i1<i2i_1<i_2. Lorsque n1<n2n_1<n_2, il se rapproche de la normale ; on a alors i1>i2i_1>i_2, ce qui rend la quatrième proposition incorrecte.

22. Un rayon passe d’un milieu d’indice n1n_1 vers un milieu d’indice n2n_2 avec n1>n2n_1>n_2. Quelles propositions sont exactes ?

Un rayon transmis existe lorsque l’angle incident dépasse iLi_L.
L’intervalle de transmission dépend de l’angle limite associé aux deux indices.
Au-delà des limites angulaires, le phénomène observé est une réflexion totale.
Un rayon transmis existe pour un angle incident strictement compris entre −iL-i_L et iLi_L.
Les limites angulaires de transmission sont fixées par −iL-i_L et iLi_L.

L’intervalle de transmission dépend de l’angle limite associé aux deux indices. · Au-delà des limites angulaires, le phénomène observé est une réflexion totale. · Un rayon transmis existe pour un angle incident strictement compris entre $$-i_L$$ et $$i_L$$. · Les limites angulaires de transmission sont fixées par $$-i_L$$ et $$i_L$$.

Explication

Pour n1>n2n_1>n_2, la transmission existe lorsque −iL<iincident<iL-i_L<i_{incident}<i_L. Au-delà de cet intervalle, la réflexion devient totale ; l’angle limite dépend du rapport des indices.

23. À propos de la structure d’une fibre optique à saut d’indice :

La gaine possède un indice supérieur ou égal à celui du cœur.
La fibre comprend un cœur opaque entouré d’une gaine transparente.
Le cœur cylindrique transparent possède l’indice n1n_1.
La gaine coaxiale entoure le cœur et possède l’indice n2n_2.
L’enveloppe assure une protection mécanique et optique de la fibre.

Le cœur cylindrique transparent possède l’indice $$n_1$$. · La gaine coaxiale entoure le cœur et possède l’indice $$n_2$$. · L’enveloppe assure une protection mécanique et optique de la fibre.

Explication

Une fibre à saut d’indice comporte un cœur cylindrique transparent d’indice n1n_1, une gaine coaxiale d’indice n2<n1n_2<n_1 et une enveloppe protectrice. La gaine n’a donc pas un indice supérieur ou égal au cœur, et le cœur est transparent.

24. Parmi les propositions suivantes concernant le guidage dans une fibre optique, la(les)quelle(s) est(sont) exacte(s) ?

Le guidage limite les pertes lumineuses lors de la propagation.
Les réflexions totales successives ont lieu au dioptre cœur-gaine.
La lumière progresse entre les faces de la fibre sans réflexion totale.
La gaine constitue le trajet principal parcouru par la lumière guidée.
La lumière est guidée de la face d’entrée vers la face de sortie.

Le guidage limite les pertes lumineuses lors de la propagation. · Les réflexions totales successives ont lieu au dioptre cœur-gaine. · La lumière est guidée de la face d’entrée vers la face de sortie.

Explication

La fibre guide les rayons de l’entrée vers la sortie grâce aux réflexions totales successives au dioptre cœur-gaine, ce qui limite les pertes. Le trajet principal se trouve dans le cœur, et non dans la gaine ; les réflexions totales sont indispensables au mécanisme décrit.

25. Les caractéristiques du cône d’acceptance comprennent :

Il regroupe les directions des rayons pouvant être guidés dans la fibre.
Il rassemble les directions de rayons quittant rapidement le cœur.
Il correspond à des rayons guidés avec des pertes limitées.
Il concerne des rayons subissant des réflexions totales successives.
Il décrit les temps de parcours extrêmes des rayons dans la fibre.

Il regroupe les directions des rayons pouvant être guidés dans la fibre. · Il correspond à des rayons guidés avec des pertes limitées. · Il concerne des rayons subissant des réflexions totales successives.

Explication

Le cône d’acceptance contient les directions des rayons qui subissent des réflexions totales successives et restent guidés avec des pertes limitées. Les rayons qui quittent rapidement le cœur et les temps de parcours extrêmes relèvent d’autres notions, pas de la définition du cône d’acceptance.

Révisez avec les flashcards

Mémorisez les réponses avec 48 flashcards sur Sources lumineuses et optique géométrique.

Comment l’optique géométrique représente-t-elle la lumière ?

Par des rayons.

Quel phénomène la formation d’images par instruments optiques simples explique-t-elle ?

La formation des images par des rayons lumineux.

Qui a suggéré le modèle ondulatoire de la lumière en 1665 ?

HUYGENS.

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