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Chapitre 2 – Exercices par capacités

Diffraction  |  Terminale Bac Pro (Grpt 4)  |  Physique

Dernière mise à jour : 21 octobre 2026

Notion complémentaire — poursuite d'études La diffraction est une notion complémentaire (BTS photographie, audiovisuel…), non évaluée en CCF. Ces exercices ciblés servent à travailler chaque savoir-faire séparément.
Capacités et connaissances travaillées :

C1 — Reconnaître et décrire une situation de diffraction

La diffraction se produit lorsqu'une onde traverse une ouverture (ou rencontre un obstacle) dont la taille est comparable à sa longueur d'onde \(\lambda\). Elle prouve le caractère ondulatoire de la lumière.
onde plane a ondes diffractées écran
Une onde plane traverse une fente de largeur a puis s'ouvre derrière la fente : c'est la diffraction.

Exercice 1

Dans chaque cas, indiquer s'il s'agit d'une situation de diffraction : a) un faisceau laser traverse une fente très fine et forme des taches sur un écran ; b) une bille roule en ligne droite sur une table.

Exercice 2

Décrire l'aspect de la figure de diffraction obtenue quand un laser monochromatique traverse une fente fine (tache centrale, taches secondaires, zones sombres).

Exercice 3

Un acousticien constate qu'on entend une conversation depuis la pièce voisine, même sans être face à la porte. Quel phénomène l'explique ? La diffraction concerne-t-elle uniquement la lumière ?

Exercice 4

Expliquer pourquoi la diffraction est présentée comme une preuve du caractère ondulatoire de la lumière.

C2 — Exploiter la relation \(\theta = \dfrac{\lambda}{a}\)

\(\theta = \dfrac{\lambda}{a}\)  — \(\theta\) : demi-angle de diffraction (rad) ; \(\lambda\) : longueur d'onde (m) ; \(a\) : largeur de la fente ou du fil (m).
On peut isoler chaque grandeur : \(a = \dfrac{\lambda}{\theta}\)   et   \(\lambda = \theta \times a\). Les longueurs doivent être en mètres.

Exercice 1

Un laser rouge (\(\lambda = 6{,}0 \times 10^{-7}\ \text{m}\)) traverse une fente de largeur \(a = 3{,}0 \times 10^{-4}\ \text{m}\). Calculer le demi-angle de diffraction \(\theta\).

Exercice 2

Un laser vert de longueur d'onde \(\lambda = 532\ \text{nm}\) éclaire une fente de largeur \(a = 0{,}20\ \text{mm}\). Convertir en mètres puis calculer \(\theta\).

Exercice 3

Dans un dispositif de mesure optique, un laser (\(\lambda = 650\ \text{nm}\)) éclaire un fil fin. On mesure \(\theta = 1{,}3 \times 10^{-2}\ \text{rad}\). Calculer le diamètre \(a\) du fil.

Exercice 4

Un laser inconnu éclaire une fente de largeur \(a = 1{,}0 \times 10^{-4}\ \text{m}\). On mesure \(\theta = 6{,}3 \times 10^{-3}\ \text{rad}\). Déterminer la longueur d'onde \(\lambda\) (en m puis en nm). De quelle couleur s'agit-il probablement ?

Exercice 5

Un technicien en microtechniques éclaire une fente de largeur \(a = 1{,}5 \times 10^{-4}\ \text{m}\) avec un laser de longueur d'onde \(\lambda = 633\ \text{nm}\). Calculer \(\theta\), puis convertir ce demi-angle en degrés (\(1\ \text{rad} \approx 57{,}3°\)).

C3 — Convertir les unités de longueur

\(1\ \text{nm} = 10^{-9}\ \text{m}\)  |  \(1\ \mu\text{m} = 10^{-6}\ \text{m}\)  |  \(1\ \text{mm} = 10^{-3}\ \text{m}\).
Pour utiliser \(\theta = \dfrac{\lambda}{a}\), toutes les longueurs doivent être exprimées en mètres.

Exercice 1

Convertir en mètres (écriture scientifique) : a) \(\lambda = 500\ \text{nm}\) ; b) \(\lambda = 780\ \text{nm}\).

Exercice 2

Convertir en mètres : a) \(a = 0{,}1\ \text{mm}\) ; b) \(a = 0{,}05\ \text{mm}\).

Exercice 3

Convertir en mètres : a) \(a = 70\ \mu\text{m}\) ; b) \(a = 1{,}5\ \mu\text{m}\).

Exercice 4

Exprimer les résultats suivants dans l'unité demandée : a) \(\lambda = 6{,}3 \times 10^{-7}\ \text{m}\) en nm ; b) \(a = 5{,}0 \times 10^{-5}\ \text{m}\) en µm.

C4 — Analyser l'influence de \(a\) et de \(\lambda\)

D'après \(\theta = \dfrac{\lambda}{a}\) :
• \(a\) diminue ⇒ \(\theta\) augmente ⇒ figure plus étalée ;
• \(\lambda\) augmente ⇒ \(\theta\) augmente ⇒ figure plus étalée.
Fente large (grand a) peu étalée Fente étroite (petit a) très étalée
À \(\lambda\) fixée : une fente étroite (petit a) diffracte beaucoup plus qu'une fente large.

Exercice 1

On garde le même laser mais on remplace une fente par une fente plus étroite. La tache centrale devient-elle plus large ou plus étroite ? Justifier avec \(\theta = \dfrac{\lambda}{a}\).

Exercice 2

On garde la même fente mais on remplace un laser bleu (\(\lambda \approx 470\ \text{nm}\)) par un laser rouge (\(\lambda \approx 630\ \text{nm}\)). La figure devient-elle plus étalée ou moins étalée ? Justifier.

Exercice 3

À longueur d'onde fixée, une fente est remplacée par une fente deux fois plus étroite. Par combien le demi-angle \(\theta\) est-il multiplié ?

Exercice 4

En fermant le diaphragme d'un appareil photo, on réduit l'ouverture \(a\). Expliquer pourquoi cela augmente l'étalement dû à la diffraction et peut rendre l'image moins nette.

C5 — Estimer un ordre de grandeur

La diffraction est notable quand l'ouverture \(a\) est du même ordre de grandeur que \(\lambda\), ou plus petite.
• Si \(a \gg \lambda\) : pas de diffraction visible (propagation quasi rectiligne).
• Si \(a \approx \lambda\) (ou \(a \lt \lambda\)) : diffraction importante.

Exercice 1

La lumière visible a une longueur d'onde d'environ \(0{,}5\ \mu\text{m}\). Pour laquelle de ces ouvertures observe-t-on une diffraction nette : une porte de \(1\ \text{m}\) ou une fente de \(0{,}1\ \text{mm}\) ? Justifier.

Exercice 2

Le son a une longueur d'onde de l'ordre de quelques dizaines de centimètres à quelques mètres. Expliquer pourquoi le son est fortement diffracté par une porte (largeur \(\approx 1\ \text{m}\)), alors que la lumière ne l'est pas.

Exercice 3

La lumière visible a \(\lambda \approx 0{,}5\ \mu\text{m} = 5 \times 10^{-7}\ \text{m}\). Parmi ces ouvertures, indiquer celles qui donnent une diffraction notable : (i) \(a = 2\ \text{mm}\), (ii) \(a = 0{,}01\ \text{mm}\), (iii) \(a = 1\ \mu\text{m}\). Justifier en comparant chaque \(a\) à \(\lambda\).

Exercice 4

Un opérateur en mesure optique veut diffracter un faisceau laser visible pour mesurer un objet. Doit-il choisir un objet de taille millimétrique ou de taille micrométrique pour obtenir une figure de diffraction bien étalée ? Justifier.