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I/ Observations expérimentales : 1/ En lumière monochromatique : Lumière du laser He-Ne passant à travers une fente réglable : Et, si lon ferme la fente.

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2 I/ Observations expérimentales : 1/ En lumière monochromatique : Lumière du laser He-Ne passant à travers une fente réglable : Et, si lon ferme la fente :

3 I/ Observations expérimentales : 1/ En lumière monochromatique : Lumière du laser He-Ne passant à travers une ouverture circulaire :

4 I/ Observations expérimentales : 2/ En lumière blanche : Lorsque la fente est suffisamment petite on observe :

5 3/ Dispersion de la lumière : 3,1/ Lumière monochromatique: Eclairer le prisme, au voisinage du sommet, avec la lumière du laser qui est une lumière monochromatique. Le faisceau est dévié à la sortie du prisme suite aux deux réfractions ( air-verre puis verre-air )

6 3,2/ Lumière blanche : Procéder de même avec la lanterne et le prisme posés sur la table. Faire pivoter le prisme jusquà ce que vous obteniez sur lécran, le spectre de la lumière blanche. Décrire ce spectre. On observe un spectre continu de lumière du rouge au violet.

7 II/ Modèle ondulatoire de la lumière: 1/ La lumière est une onde: La lumière quil sagisse dune lumière monochromatique, ou de lumière polychromatique est diffractée. Elle peut donc être décrite comme une onde. Il sagit dune onde électromagnétique car la perturbation qui se propage modifie les champs magnétique et électrique perpendiculairement au sens de propagation. Le phénomène de diffraction est dautant plus important que les dimensions de lobjet diffractant sont faibles. La figure de diffraction est orthogonale à la dimension longitudinale de lobjet diffractant. Les dimensions de la fente ou de lobjet responsable de cette diffraction sont de lordre de grandeur de la longueur donde de la lumière utilisée.

8 2/ La lumière se propage dans le vide : Contrairement aux ondes mécaniques qui nécessitent un milieu matériel, la lumière se propage dans le vide. On peut recevoir sur Terre la lumière des étoiles ayant traversé le vide intersidéral. La célérité de la lumière dans le vide est voisine de m.s -1 Quelle que soit la fréquence de londe. Sa valeur exacte est c = m.s -1, elle a été fixée à cette valeur par une convention internationale cest une constante fondamentale du système international dunités. Elle sert depuis à la définition du mètre ( 1983 ) : le mètre m est la distance parcourue dans le vide par la lumière en 1/ s. La lumière se propage aussi dans les milieux transparents.

9 3/ Longueurs donde dans le vide: Soit une lumière monochromatique (par exemple la lumière du laser que lon peut considérer comme monochromatique) ; elle peut être représentée par une onde progressive sinusoïdale de fréquence. La longueur donde dans le vide est donnée par la relation : 0 = c.T = c/ se mesure en mètres (nm dans le cas de la lumière) ; c en m.s -1 ; en hertz (Hz) Exemple : le laser He-Ne émet une lumière monochromatique de longueur donde = 632,8 nm. Il lui correspond une fréquence telle que = c / = /632, = 4, Hz. Cas dune lumière polychromatique : lœil humain peut percevoir une infinité de radiations monochromatiques dont les fréquences sont comprises grossièrement entre 7, Hz et 3, Hz. Les couleurs correspondantes sétalent entre le rouge foncé ( 800 nm) et le violet ( 400 nm). Dautres ondes électromagnétiques se propagent à la manière de la lumière, mais ne sont pas perceptibles à lœil: Infrarouge, Ultraviolet, Ondes radio (hertziennes), micro-ondes, rayons X, etc...(voir livre Doc 15 page 53).Doc 15 page 53

10 4/ Propagation de la lumière dans les milieux transparents et dispersion de la lumière : 4.1 Invariance de la fréquence. La fréquence dune onde électromagnétique est imposée par la source. Elle ne dépend pas du milieu de propagation et ne varie donc pas lors dun changement de milieu.

11 4.2 Indice dun milieu et vitesse de propagation. La célérité v dune onde lumineuse dépend du milieu dans lequel elle se propage. Définition : lindice de réfraction n dun milieu transparent est donné par la relation : n = c / v. La célérité de la lumière dans le vide étant la plus grande vitesse possible, il en résulte que n 1. Remarque : n est un nombre sans dimension. Quelques exemples : n air 1,0 ; n eau 1,3 ; n verre ordinaire 1,5 ; n diamant 2,4 ….

12 4.3 Indice et longueur donde. Dans le vide, une radiation de fréquence a une longueur donde telle que c /. Dans un milieu transparent dindice n on a : n = c / v et v /. On peut donc écrire : La longueur donde dune radiation de fréquence donnée dépend du milieu de propagation.

13 4.4 Dispersion de la lumière. La lumière blanche est décomposée par un prisme donc la déviation dépend de la couleur et donc de la fréquence. En appliquant la seconde loi de Descartes pour la réfraction, on peut écrire : n air sin i = n verre sin r. Le premier terme étant constant et r variant pour chaque radiation colorée, on peut en déduire que lindice de réfraction du verre dépend de la couleur et donc de la fréquence de la radiation qui le traverse. On montre que lorsque diminue, n diminue aussi. Sachant que v = c / n et que n dépend de la fréquence de londe, on peut conclure que v dépend de la fréquence de la radiation. Les milieux transparents, autres que lair, sont dispersifs. Cest cette propriété qui permet dobtenir des spectres de lumières polychromatiques.

14 r rouge r violet i Tous les radiations ont la même incidence i et le même indice de réfraction dans l air : n=1 donc : n rouge.sin i = sin( r rouge ) et n violet.sin i =sin (r violet ) Or, r rouge < r violet donc :sin( r rouge ) < sin (r violet ) Et : n rouge < n violet Donc dans le prisme: V rouge >V violet La vitesse de propagation de l onde dépend de sa fréquence : le milieu est dispersif

15 5/ Diffraction de la lumière : Nous avons mis en évidence expérimentalement une relation simple entre la longueur donde la largeur de lobjet diffractant et la largeur de la figure de diffraction : (radians) = (m) a(m) Le phénomène de diffraction est dautant plus important que la taille de lobjet diffractant est petite.

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