QCM – Diffraction

Chapitre 2 | Terminale Bac Pro – Groupement 4 | Physique-Chimie

Dernière mise à jour : 12 juin 2026

Notions complémentaires — poursuite d'études La diffraction ne fait pas partie des modules exigibles du groupement 4 : le BO la classe dans les notions complémentaires à aborder dans le cadre d'une préparation à la poursuite d'études (BTS photographie, audiovisuel...). Ce QCM est un entraînement facultatif : le chapitre n'est pas évalué en CCF.

🎯 Objectifs du chapitre cliquer pour développer

Décrire le phénomène de diffraction de la lumière
Expliquer l'influence de la taille de l'ouverture sur la figure de diffraction
Expliquer l'influence de la longueur d'onde sur la figure de diffraction
Identifier des situations physiques où la diffraction intervient

⏱ Durée : 15–20 min

📄 15 questions par niveau

📝 Calculatrice autorisée

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Socle

Question 1

Diffraction – Définition

La diffraction se produit lorsqu'une onde traverse une ouverture :

beaucoup plus grande que sa longueur d'onde parfaitement circulaire uniquement de dimensions du même ordre de grandeur que sa longueur d'onde remplie d'eau

Question 2

Figure de diffraction – Description

Quand un laser traverse une fente très fine, on observe sur l'écran :

une tache centrale large et lumineuse entourée de taches secondaires plus faibles un simple point lumineux identique au faisceau un arc-en-ciel complet aucune lumière : la fente bloque tout

Question 3

Influence de la taille de l'ouverture

Si la fente devient plus étroite, la figure de diffraction devient :

plus resserrée plus étalée identique invisible

Question 4

Influence de la longueur d'onde

Si la longueur d'onde de la lumière augmente, la figure de diffraction devient :

plus resserrée invisible identique plus étalée

Question 5

Nature de la lumière

La diffraction est une preuve que la lumière est :

une onde un liquide toujours rectiligne composée d'encres colorées

Question 6

Figure de diffraction – Tache centrale

Dans une figure de diffraction par une fente, la tache centrale est :

la plus sombre et la plus étroite identique aux taches secondaires la plus lumineuse et la plus large toujours colorée en rouge

Question 7

Comparaison rouge / bleu

Avec la même fente, la lumière rouge (λ ≈ 630 nm) est diffractée par rapport à la lumière bleue (λ ≈ 470 nm) :

moins : sa figure est plus étroite plus : sa figure est plus étalée exactement pareil pas du tout : le rouge n'est jamais diffracté

Question 8

Diffraction du son

On entend une personne parler depuis une pièce voisine même sans être en face de la porte, car :

le son est diffracté par l'ouverture de la porte le son se propage uniquement en ligne droite le son est réfléchi par le plafond uniquement le son traverse les murs sans s'affaiblir

Question 9

Condition d'observation

La lumière qui passe par une fenêtre (largeur environ 1 m) ne produit pas de diffraction visible car :

la lumière du jour n'est pas une onde le verre absorbe la diffraction la fenêtre est trop petite la fenêtre est immensément plus grande que la longueur d'onde de la lumière

Question 10

Vocabulaire – Lumière monochromatique

Une lumière monochromatique (comme celle d'un laser) est une lumière :

blanche, contenant toutes les couleurs d'une seule longueur d'onde invisible à l'œil nu sans énergie

Question 11

Notations – Largeur de la fente

Dans les formules de la diffraction, la lettre \(a\) désigne :

la distance entre la fente et l'écran la longueur d'onde de la lumière la largeur de la fente (ou de l'obstacle) la largeur de la tache centrale

Question 12

Ordres de grandeur – Lumière visible

La longueur d'onde de la lumière visible est comprise environ entre :

400 nm et 700 nm 4 cm et 7 cm 400 m et 700 m 4 mm et 7 mm

Question 13

Énergie lumineuse

La diffraction :

crée de la lumière supplémentaire détruit une partie de la lumière transforme la lumière en son redistribue l'énergie lumineuse dans différentes directions

Question 14

Influence de la taille de l'ouverture

Si la fente devient très large par rapport à la longueur d'onde, la lumière :

est totalement bloquée se propage presque en ligne droite : la figure se rapproche d'un simple point lumineux est encore plus diffractée change de couleur

Question 15

Application – Reflets d'un CD

Les reflets irisés (multicolores) à la surface d'un CD s'expliquent par :

la diffraction de la lumière par les pistes très fines gravées sur le disque une peinture multicolore déposée en usine la chaleur dégagée par la rotation du disque l'aimantation de la surface

Standard

Question 1

Formule – Demi-angle de diffraction

Pour une fente de largeur \(a\) éclairée par une lumière de longueur d'onde \(\lambda\), le demi-angle de diffraction (en radians) vaut :

\(\theta = a \times \lambda\) \(\theta = \dfrac{\lambda}{a}\) \(\theta = \dfrac{a}{\lambda}\) \(\theta = \lambda + a\)

Question 2

Formule – Largeur de la tache centrale

La largeur de la tache centrale sur un écran placé à la distance \(D\) de la fente vaut :

\(L = \dfrac{a}{2D\lambda}\) \(L = \dfrac{D\lambda}{2a}\) \(L = 2D\lambda a\) \(L = \dfrac{2D\lambda}{a}\)

Question 3

Calcul – Demi-angle de diffraction

Un laser rouge (\(\lambda = 633\) nm) traverse une fente de largeur \(a = 0{,}1\) mm. Le demi-angle de diffraction vaut :

\(6{,}33 \times 10^{-3}\) rad \(6{,}33 \times 10^{-5}\) rad \(158\) rad \(6{,}33 \times 10^{-13}\) rad

Question 4

Raisonnement – Influence de a

Sans changer le laser ni l'écran, un technicien double la largeur de la fente. La largeur de la tache centrale est :

doublée inchangée divisée par 2 divisée par 4

Question 5

Raisonnement – Influence de D

Si on éloigne l'écran de la fente (D augmente), la tache centrale devient :

plus large (L est proportionnelle à D) plus étroite inchangée invisible

Question 6

Application – Mesure sans contact

En contrôle qualité, la diffraction laser permet de mesurer la largeur d'une fente ou le diamètre d'un fil très fin :

en chauffant la pièce avec le laser sans contact, en mesurant la largeur de la tache centrale sur un écran en pesant la pièce avec une balance laser en comptant les photons un par un

Question 7

Diffraction par un fil – Théorème de Babinet

Un fil fin de diamètre \(a\) éclairé par un laser produit :

aucune figure : un fil ne diffracte pas une figure deux fois plus large que celle d'une fente de largeur \(a\) uniquement une ombre rectiligne la même figure de diffraction qu'une fente de largeur \(a\)

Question 8

Diffraction par un trou circulaire

Quand la lumière traverse un trou circulaire, la figure de diffraction est :

un disque central lumineux (tache d'Airy) entouré d'anneaux concentriques une série de bandes parallèles un carré lumineux une croix lumineuse

Question 9

Lumière blanche – Irisations

Avec une lumière blanche, la figure de diffraction présente des franges irisées car :

la fente colore la lumière en la chauffant toutes les couleurs sont diffractées exactement de la même façon chaque longueur d'onde est diffractée différemment : les couleurs se séparent l'écran fluoresce sous l'effet du laser

Question 10

Calcul – Largeur de la tache centrale

Un laser vert (\(\lambda = 532\) nm) traverse une fente de largeur \(a = 0{,}2\) mm ; l'écran est à \(D = 1{,}5\) m. La largeur de la tache centrale vaut environ :

0,8 mm 8,0 mm 80 mm 4,0 mm

Question 11

Condition d'observation

La diffraction d'une onde est significative lorsque :

l'ouverture est beaucoup plus grande que la longueur d'onde l'onde est très intense l'écran est très proche de l'ouverture l'ouverture a des dimensions comparables à la longueur d'onde, ou plus petites

Question 12

Comparaison – Deux lasers, même fente

Un technicien remplace un laser vert (\(\lambda = 532\) nm) par un laser rouge (\(\lambda = 633\) nm) sans changer la fente ni l'écran. La tache centrale devient :

plus large, car la longueur d'onde du rouge est plus grande plus étroite, car le rouge est moins énergétique identique : la couleur ne joue aucun rôle invisible : le rouge n'est pas diffracté

Question 13

Application – Instruments d'optique

Les télescopes professionnels ont de très grands miroirs notamment parce que :

les petits miroirs coûtent plus cher un grand miroir élimine la pollution lumineuse plus l'ouverture est grande, moins la diffraction limite la netteté des images un grand miroir réchauffe moins l'instrument

Question 14

Unités – Demi-angle

Dans la formule \(\theta = \dfrac{\lambda}{a}\), le demi-angle \(\theta\) est exprimé en :

mètres radians nanomètres hertz

Question 15

Application – Photographie

Un photographe ferme fortement le diaphragme de son objectif (très petite ouverture). Quel effet la diffraction produit-elle ?

Elle augmente : l'image perd en netteté malgré la petite ouverture Elle disparaît complètement Elle rend l'image plus lumineuse Elle inverse les couleurs de l'image

Approfondissement

Question 1

Mesure du diamètre d'un cheveu

Un cheveu éclairé par un laser rouge (\(\lambda = 633\) nm) donne une tache centrale de \(L = 3{,}6\) cm sur un écran à \(D = 2\) m. Son diamètre \(a = \dfrac{2D\lambda}{L}\) vaut environ :

7 μm 700 μm 70 μm 0,7 μm

Question 2

Trou circulaire – Formule

Pour un trou circulaire de diamètre \(d\), le demi-angle de diffraction vaut :

\(\theta = 1{,}22\,\dfrac{\lambda}{d}\) \(\theta = \dfrac{\lambda}{2d}\) \(\theta = 2{,}44\,\lambda d\) \(\theta = \dfrac{d}{1{,}22\,\lambda}\)

Question 3

Comparaison quantitative – Deux fentes

Avec le même laser et le même écran, on compare une fente de 0,1 mm et une fente de 0,5 mm. La tache centrale donnée par la fente de 0,5 mm est :

5 fois plus large 25 fois plus étroite identique 5 fois plus étroite

Question 4

Détermination d'une longueur d'onde

Une fente de \(a = 0{,}1\) mm donne une tache centrale de \(L = 2{,}2\) cm sur un écran à \(D = 2\) m. La longueur d'onde \(\lambda = \dfrac{L \times a}{2D}\) du laser vaut :

55 nm 550 nm 5,5 μm 5 500 nm

Question 5

Application – CD, DVD, Blu-ray

Le lecteur Blu-ray utilise un laser de 405 nm alors que le lecteur CD utilise 780 nm. L'intérêt d'une longueur d'onde plus courte est :

de pouvoir lire des pistes plus fines et plus serrées (plus de données sur le disque) de chauffer davantage le disque pour mieux le lire d'augmenter la diffraction pour étaler le faisceau de rendre le faisceau visible dans l'obscurité

Question 6

Raisonnement – Double changement

On double à la fois la longueur d'onde \(\lambda\) et la largeur de la fente \(a\) (D inchangé). La largeur de la tache centrale \(L = \dfrac{2D\lambda}{a}\) est :

doublée divisée par 2 inchangée quadruplée

Question 7

Son et lumière – Comparaison

Une porte (largeur ≈ 1 m) diffracte fortement le son mais pas la lumière visible, car :

le son est plus rapide que la lumière la longueur d'onde du son (quelques cm à quelques m) est comparable à la largeur de la porte, contrairement à celle de la lumière (≈ 0,5 μm) la lumière n'est pas une onde le bois absorbe la lumière mais pas le son

Question 8

Calcul – Tache d'Airy

Un diaphragme circulaire de diamètre \(d = 1\) mm est éclairé par une lumière de \(\lambda = 500\) nm. Le demi-angle de diffraction \(\theta = 1{,}22\,\dfrac{\lambda}{d}\) vaut :

\(6{,}1 \times 10^{-7}\) rad \(5{,}0 \times 10^{-4}\) rad \(6{,}1 \times 10^{-2}\) rad \(6{,}1 \times 10^{-4}\) rad

Question 9

Classement – Figure la plus étalée

Quelle combinaison donne la figure de diffraction la plus étalée (le plus grand rapport \(\lambda / a\)) ?

\(\lambda = 633\) nm et \(a = 0{,}05\) mm \(\lambda = 633\) nm et \(a = 0{,}5\) mm \(\lambda = 470\) nm et \(a = 0{,}5\) mm \(\lambda = 470\) nm et \(a = 0{,}1\) mm

Question 10

Contrôle qualité – Interprétation d'une mesure

Un technicien surveille la largeur d'une fente gravée en mesurant la tache centrale de diffraction. Au cours du contrôle, la largeur \(L\) de la tache diminue. Il en déduit que la fente :

se rétrécit reste constante s'élargit, car \(L\) et \(a\) varient en sens inverse change de couleur

Question 11

Analyse dimensionnelle

Dans \(\theta = \dfrac{\lambda}{a}\), le résultat est un angle en radians (sans dimension) à condition que :

\(\lambda\) soit en nm et \(a\) en mm \(\lambda\) et \(a\) soient exprimées dans la même unité (par exemple toutes deux en mètres) \(\lambda\) soit en mètres et \(a\) en radians \(a\) soit toujours plus grand que \(\lambda\)

Question 12

Limite de résolution

La diffraction limite la résolution d'un appareil photo car :

elle assombrit l'image au centre elle déforme les couleurs des bords elle agrandit l'image au-delà du capteur chaque point lumineux donne une tache d'Airy : deux détails trop proches deviennent indiscernables

Question 13

Raisonnement – Influence de D

Sans rien changer d'autre, on éloigne l'écran de \(D = 1\) m à \(D = 3\) m. La largeur de la tache centrale est :

triplée divisée par 3 multipliée par 9 inchangée

Question 14

Condition d'observation – Justification

Pour la lumière visible (\(\lambda \approx 0{,}5\) μm), laquelle de ces ouvertures produit une diffraction nettement observable ?

une fenêtre de 1 m une porte de 0,9 m une fente de 0,05 mm un couloir de 2 m

Question 15

Validation d'un résultat

Un élève mesure \(\theta = 6{,}33 \times 10^{-3}\) rad avec un laser de \(\lambda = 633\) nm. Pour valider, il calcule la largeur de fente correspondante \(a = \dfrac{\lambda}{\theta}\) et trouve :

1 mm 0,1 mm — une valeur réaliste pour une fente calibrée de travaux pratiques 10 m — une valeur réaliste 633 nm exactement