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Interrogation — Ch14 : Phénomènes ondulatoires, diffraction et interférences

Terminale générale | Physique-Chimie | Durée : 15 min | /20

Dernière mise à jour : 21 octobre 2026

Nom : Prénom : Classe : Date : Note : / 20

Calculatrice autorisée.

Exercice 1 — Reconnaître les phénomènes (4 pts)

  1. À quelle condition sur la taille \(a\) de l'ouverture (par rapport à la longueur d'onde \(\lambda\)) le phénomène de diffraction est-il marqué ? (1,5 pt)
  2. Pourquoi la diffraction et les interférences prouvent-elles le caractère ondulatoire de la lumière ? (1,5 pt)
  3. Citer une situation de la vie courante où l'on observe des interférences lumineuses. (1 pt)

a) La diffraction est marquée lorsque la taille \(a\) de l'ouverture (ou de l'obstacle) est du même ordre de grandeur que la longueur d'onde \(\lambda\) (ou plus petite). (1,5 pt)

b) Ce sont des phénomènes caractéristiques des ondes : des particules ne s'étaleraient pas derrière une fente et ne pourraient pas « s'annuler » en certains points. Leur observation avec la lumière montre que celle-ci se comporte comme une onde. (1,5 pt)

c) Par exemple : les irisations d'une flaque couverte d'une fine couche d'essence, les couleurs d'une bulle de savon ou les reflets colorés d'un CD/DVD. (1 pt)

Exercice 2 — Diffraction par une fente (7 pts)

Un faisceau laser traverse une fente fine ; on observe une figure de diffraction sur un écran.

GrandeurSymboleValeur
Longueur d'onde du laser\(\lambda\)\(633\) nm
Largeur de la fente\(a\)\(0{,}10\) mm
Distance fente–écran\(D\)\(2{,}0\) m
  1. Rappeler la relation donnant le demi-angle de diffraction \(\theta\) (en radian). (1,5 pt)
  2. Calculer \(\theta\). (2,5 pts)
  3. L'angle étant petit (\(\tan\theta\approx\theta\)), calculer la largeur \(L = 2\,\theta\,D\) de la tache centrale sur l'écran. (2 pts)
  4. Comment évolue la tache centrale si on réduit la largeur de la fente ? (1 pt)

a) \(\theta=\dfrac{\lambda}{a}\), avec \(\theta\) en radian et \(\lambda\), \(a\) dans la même unité. (1,5 pt)

b) \(\theta=\dfrac{633\times10^{-9}}{0{,}10\times10^{-3}}=6{,}3\times10^{-3}\ \text{rad}\). (2,5 pts : 1 pt conversions, 1,5 pt calcul)

c) \(L=2\,\theta\,D=2\times6{,}3\times10^{-3}\times2{,}0\approx2{,}5\times10^{-2}\ \text{m}=2{,}5\ \text{cm}\). (2 pts)

d) \(\theta=\lambda/a\) : si \(a\) diminue, \(\theta\) augmente, la tache centrale s'élargit (comportement contre-intuitif typique des ondes). (1 pt)

Exercice 3 — Interférences : trous d'Young (9 pts)

Deux trous \(S_1\) et \(S_2\), distants de \(b = 0{,}20\) mm, sont éclairés par un même laser de longueur d'onde \(\lambda = 532\) nm. On observe des franges sur un écran situé à \(D = 1{,}5\) m.

  1. Pourquoi les deux sources doivent-elles être issues du même laser ? (1,5 pt)
  2. Donner la condition sur la différence de marche \(\delta\) pour des interférences constructives, puis pour des interférences destructives. (3 pts)
  3. Rappeler l'expression de l'interfrange \(i\), puis la calculer. (3 pts)
  4. Combien de franges brillantes observe-t-on sur une largeur de 2,4 cm centrée sur la frange centrale ? (1,5 pt)

a) Pour obtenir des interférences stables, les deux ondes doivent être cohérentes : même fréquence et déphasage constant. On l'assure en faisant émettre les deux sources par le même laser. (1,5 pt)

b) Constructives : \(\delta = k\,\lambda\) (\(k\) entier) — les ondes arrivent en phase et s'additionnent (frange brillante). Destructives : \(\delta = \left(k+\dfrac{1}{2}\right)\lambda\) — ondes en opposition de phase, elles s'annulent (frange sombre). (1,5 pt chacune)

c) \(i=\dfrac{\lambda\,D}{b}=\dfrac{532\times10^{-9}\times1{,}5}{0{,}20\times10^{-3}}\approx4{,}0\times10^{-3}\ \text{m}=4{,}0\ \text{mm}\). (3 pts : 1 pt formule, 2 pts calcul)

d) \(\dfrac{24\ \text{mm}}{4{,}0\ \text{mm}}=6\) interfranges, soit 7 franges brillantes (la frange centrale + 3 de chaque côté). (1,5 pt)

Total : 4 + 7 + 9 = 20 points.