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Arreté jury concours interne accès à la 2ème catégorie professeur

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Thème 2 : les ondes
TS
Chapitre n°3
SPC
Chap 3 Comportements ondulatoires
Objectifs
• Dans quel cas observe-t-on le phénomène de diffraction?
• Identifier les situations physiques où il est pertinent de prendre en compte le phénomène de diffraction
• Dans quel cas observe-t-on le phénomène d'interférence?
• Qu'est-ce que l'effet Doppler?
• Comment mesurer une vitesse en utilisant l'effet Doppler?
I La diffraction
I.1 Définition
La diffraction est une propriété des ondes qui se manifeste par un
étalement des directions de propagation de l'onde, lorsque celle-ci
rencontre une ouverture ou un obstacle de dimension a.
Lors du phénomène de diffraction, si le milieu de propagation reste le
même, ______________________________________________________
____________________________________________________________
• Exemple : diffraction de la houle entre deux îlots
I.2 Diffraction des ondes mécaniques
La diffraction est nettement observée lorsque la dimension de l'ouverture ou de l'obstacle ______________________________
______________________________________________________________________________________________________
______________________________
______________________________
______________________________
______________________________
______________________________
______________________________
I.3 Diffraction des ondes lumineuses monochromatiques
a) Condition pour obtenir le phénomène de diffraction
Dans le cas des ondes lumineuses monochromatiques (par exemple émises par un laser), la diffraction a lieu avec des
ouvertures ou des obstacles de dimension ____________________________________________________________________
b) ouverture angulaire
L'ouverture angulaire θ augmente avec la longueur d'onde λ et diminue avec la taille
de l'obstacle ou de l'ouverture a. Attention, θ est la moitié de l'ouverture angulaire.
1
c) largeur de la tache centrale
En pratique, la distance D est très grande devant la largeur de la tache centrale l,
on peut donc écrire car θ est très petit
l
Exemple pour D=2,0m, a=20μm, λ=633nm , on obtient
la figure ci-contre :
I.4 Cas de la lumière blanche
La lumière blanche est __________________________
Dans ce cas, la tache centrale est blanche (superposition
de toutes les longueurs d'onde) et les taches latérales
sont irisées.
I.5 Importance de la diffraction
Le phénomène de diffraction s'observe avec tous les types d'onde (lumière, onde radio, vagues, ondes sonores...).
Il limite bien souvent la résolution des appareils optiques (microscope, télescope, disque optique...)
Exemple : lecteur DVD / Blue-ray
Exercices : ex 3, 4, 5 p71 ; ex 25p77
2
II Interférences
II.1 Superposition de deux ondes
Lorsque deux ondes se superposent, leurs élongations s'ajoutent.
Deux ondes de même fréquence qui se superposent __________________________ __________________________________
__________________________ ____________________________________________________________________________
Le déphasage Δφ (lettre grec "phi" minuscule) entre les deux ondes dépend du retard temporel Δt entre les ondes.
• Si les ondes qui interfèrent sont en phase, __________________________ _________________________________________
__________________________ ____________________________________________________________________________
• Si les ondes qui interfèrent sont en opposition de phase, on a ____________________________________________________
__________________________ ____________________________________________________________________________
II.2 Nécessité de sources cohérentes
L'expérience montre que des interférences lumineuses ne
peuvent pas être observées si la lumière provient de sources
indépendantes, même si ces sources émettent des ondes de
même fréquence.
Cela est du au fait que la lumière est en réalité émise par
des trains d'ondes de courte durées.
En pratique, _______________________________________________
_________________________________________________________
Exemple :
3
II.3 Différence de marche
Deux ondes émises par des sources cohérentes situées en S1
et S2 ont, en un point P du milieu de propagation, un
déphasage constant qui dépend de la différence de marche δ
("delta" minuscule) entre ces deux ondes au point P.
• On observe des interférences constructives quand la différence de marche
• On observe des interférences destructives quand la différence de marche
k est nombre entier positif ou négatif appelé ordre d'interférences
II.4 Interfrange
L'interfrange, noté i, est __________________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________________________
Pour un dispositif de fentes d'Young éclairé en lumière monochromatique de longueur d'onde λ , l'interfrange i s'exprime par :
S1S2 étant la distance séparant les deux fentes et D Ia distance entre le système de fentes et l'écran (Voir schéma précédent)
II.5 Interférences en lumière blanche
D'après la formule précédente, l'interfrange ___________________________________________________________________
En lumière blanche, chacune des longueurs d'onde du spectre visible _______________________________________________
______________________________________________________________________________________________________
Ainsi, il va se former de la lumière colorée (des « irisations »)
Exercices 9, 10, 11 p72, 28p79
4
III L'effet Doppler
III.1 Description du phénomène
L’effet Doppler correspond à un décalage entre la fréquence νr du signal reçu par un récepteur R, et la fréquence νe du signal
émis par un émetteur E, lorsque R et E ____________________________________________________________________
III.2 Applications
• L’examen Doppler par échographie (ondes ultrasonores) permet de mesurer ________________________________________
______________________________________________________________________________________________________
• Les radars autoroutiers utilisent l’effet Doppler appliqué aux ondes électromagnétiques ______________________________
______________________________________________________________________________________________________
•L’effet Doppler permet de mesurer les vitesses d’étoiles lointaines ou de galaxies.
Dans le cas d’une source lumineuse en mouvement, le décalage en fréquence Δν _____________________________________
______________________________________________________________________________________________________
Exercices 15, 16, 18 p74 (Utiliser les formules de « l'essentiel » qui ne sont pas à apprendre), ex20p76, 30p81
5
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