1 Présentation des sources de lumi`ere - Webnode

c○ Boukaddid TP-cours n˚1 optique sup2 TSI
Notion de rayon lumineux
1 Présentation des sources de lumière
On distingue,en général,deux types de sources usuelles de la lumière :
• Les sources émettant un spectre discontinu de radiation monochromatiques :les
tubes à décharge ou lampes spectrales
• Les sources émettant un spectre continu de lumière dans un certain domaine de
longueurs d’onde :les lampes à incandescence ou sources de lumière blanche.
1.1 Lampes spectrales
Une lampe spectrale est constituée d’un arc électrique,entre deux électrodes métalliques
se trouvant dans une ampoule en quartz contenant un gaz ( H2 par exemple )ou un
vapeur métallique (vapeur de sodium ou de mercure...).Il se produit une excitation ou
une ionisation du gaz qui s’accompagne de l’emission de raies spectrales.Ce phénomène
met en évidence la quantification des niveaux d’énergie électronique d’un atome.
En pratique on utilise des lampes à : Na,Hg,Zn-Cd-Hg...
1.2 Lampes à incandescence
Une lampe à incadescence est basée sur le rayonnement d’un corps noir :un corps absorbant,dont
la temperature est T,émet un rayonnement électromagnétique comprenant
toutes les longuers d’onde λ du spectre.
La longueur d’onde λm correspond au maximum d’émission du corps noir est donnée
par la loi de Wien :
1.3 Source laser
λm.T = 2.987.10 −3 K.m
Une source laser (amplification de lumière par émission stimulée de rayonnement) est
basée sur l’émission stimulé,ce qui permet d’obtenir un faisceau quasi-monochromatique
et cohérent (toute l’énergie rayonnée peut être concentrée dans une zone trés restreinte).
Dans notre laboratoire on utilise le laser à gaz (laser He-Ne) de faible puissance
(de l’ordre de mw),constitue une source de lumière quasi-monochromatique (rouge
λ = 633nm) qui produit un pinceau lumineux trés directif.
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2 Approximation de l’optique géométrique
2.1 Propagation rectiligne dans un MLHTI
2.1.1 Expérience 1
Dans une salle obscure,nous observons le mince pinceau lumineux,de couleur rouge,émis
par le laser
Verifier cette propriété puis conclure sur cette hypothèse fondamentale de l’optique
géométrique ?
2.1.2 Expérience 2
Réaliser l’expérience suivante :
• Prendre une valeur de r = 2mm
et visualiser le faisceau sortant
du diaphragme.conclure ?
• Diminuer progressivement le
rayon de la fente et observer
le faisceau sortant de la
fente.Conclure ?
• Donner une conclusion génerale
sur l’optique géométrique.
Source
laser
2.2 Propagation dans un milieu non homogène
Réaliser l’experience suivante : le récipient contient l’eau+sucre
1. Visualiser la courbure du rayon
laser
2. Comment peut-on expliquer ce
phénomène ?
3 Lois de Descartes
3.1 Loi de réflexion
Réaliser le montage suivant
Source
laser
1. Mesurer les angles d’incidence et de réflexion
2. Conclure ?
fente circulaire
Recipient
Ecran
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Rayon incident
3.2 Loi de réfraction
la normale
Rayon réfléchi
miroir
disque gradué
La réfraction s’effectue dès qu’il ya changement d’un milieu
3.2.1 Expérience 1 : Réfraction l’air-verre
Réaliser le montage suivant :
Matériel : Source laser,disque rapporteur gradué mobile muni de son support,demidisque
de verre
Mésurer les angles d’incidence i et de réflexion r et remplir le tableau suivant
i(˚) 10 15 20 25 30 35 40
r(˚)
sin(i)
sin(r)
sin(i)/sin(r)
1. Tracer sur une papier millimétrée sin(i) en fonction de sin(r)
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2. Que veut l’indice de réfraction dans l’air ?
3. Déduire l’indice de réfraction du verre
3.2.2 Expérience 2 : angle de réfracion limite
Reprendre le montage de l’expérience 1
L’angle d’incidence i est proche de 90˚(on parle d’incidence rasante).
1. Mésurer l’angle de réfraction lmite
2. Comparer cette valeur à celle obtenue théoriquement.Conclure
3.2.3 Expérience 3 : réflexion totale
Reprendre l’expérience du montage 2,en effectuant une rotation d’un demi-tour à l’ensemble
disque-verre,pour présenter la face courbe du demi-disque à la source de lumière.
Le milieu 1 sera donc le verre et le milieu 2, l’air.
1. Comparer entre la réfringence des deux milieux
2. Recopier et compléter le tableau suivant
3. Que pouvez-vous conclure ?
i(˚) 10 20 25 30 35 40 45 50
r(˚)
4. Déterminer expérimentalement l’angle à partir du quel on aura plus de réfraction.
5. Expliquer votre démarche.
6. Retrouver par calcul cette angle
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