Module 4: Nature ondulatoire de la lumière SPH4U

Chapitres 9: Les ondes et la lumière 10: Les effets ondulatoires de la lumière

Chapitre 9: Ondes et lumière

9.1: Ondes à deux dimensions Transmission Réflexion Réfraction

Ondes transversales vs. longitudinales Onde transversale: https://www.edumedia-sciences.com/fr/media/604- onde-transversale Onde longitudinale: https://www.edumedia-sciences.com/fr/media/572- onde-longitudinale

Ondes transversales vs. Longitudinales * Onde transversale: Oscillation selon un angle droit par rapport à la direction de l’onde. Onde longitudinale: Oscillation dans la même direction que l’onde.

Ondes ponctuelles vs rectilignes * Source = point https://www.edumedia-sciences.com/fr/media/645-onde-circulaire-vagues-sur-leau Source = objet linéaire

Sur l’animation, identifie les éléments suivants: Front d’onde Crête d’onde Longueur d’onde

Nomme 2 différences entre les 2 animations suivantes. https://www.edumedia-sciences.com/fr/media/645-onde-circulaire-vagues- sur-leau

Équation d’onde universelle * 𝑣=𝑓𝜆 Pour une vague qui passe d’un milieu profond à un milieu peu profond (ou vice- versa): 𝑣 1 𝑣 2 = 𝜆 1 𝜆 2

Problème #1 Une vague possède une longueur d’onde de 2,0 cm dans la section profonde d’une cuve et une longueur d’onde de 1,5 cm dans sa section peu profonde. Si la vitesse de l’onde en eau peu profonde est de 12 cm/s, quelle est sa vitesse en eau profonde?

À ton tour! P.445 #1-2 (5 mins)

Réflexion à partir d’une barrière rectiligne * L’angle d’incidence est égal à l’angle de réflexion.

Réfraction * Loi de Snell-Descartes: 𝑛 1 sin 𝜃 1 = 𝑛 2 sin 𝜃 2 Pourquoi? Car la lumière va à différentes vitesses dans différentes matières. Plus lent = plus proche de la normale.

Problème #3 Pour un rayon lumineux se déplaçant du verre, dans l’eau, détermine l’angle de réfraction dans l’eau, si l’angle d’incidence dans le verre est de 30,0°.

À ton tour P.450 #8-9

9.2: La diffraction des ondes

Pourquoi est-ce que les élèves du couloir peuvent m’entendre?

Pourquoi est-ce que les élèves du couloir peuvent m’entendre?

Diffraction * Déf: Déviation d’une onde lorsqu’elle traverse une ouverture ou un obstacle. Animation: https://www.edumedia- sciences.com/fr/media/160-diffraction

Facteurs qui affectent la diffraction * Effet sur l’angle de diffraction Grande ouverture ? Petite ouverture Longueur d’onde + courte Longueur d’onde + grande

Facteurs qui affectent la diffraction * Effet sur l’angle de diffraction Grande ouverture + étroit Petite ouverture + large Longueur d’onde + courte Longueur d’onde + grande

Quel est le rapport 𝜆 𝑙 dans chaque cas? λ l 𝜆 𝑙 Diffraction visible? Essai #1 Essai #2

Règle générale * Pour une ouverture donnée, l’ampleur de la diffraction dépend du rapport 𝜆 𝑙 . Pour obtenir une diffraction observable, 𝜆 𝑙 ≥1. Ouverture doit être plus petite que la longueur d’onde.

À ton tour! Quiz Diffraction: https://www.edumedia- sciences.com/fr/media/608-quiz-diffraction P.454 #1, 2, 3

9.3: L’interférence à deux dimensions

Qu’est-ce qui arrive lorsque 2 ondes se rencontrent?

Elles s’additionnent! A B

Interférence constructive Interférence destructive Elles s’additionnent! Interférence constructive Interférence destructive

Interférences en 3D * https://www.edumedia-sciences.com/fr/media/749-interferences-a-la-surface-de- leau Interférence constructive: lorsque 2 ondes s’unissent pour former une onde d’une plus grande amplitude. Interférence destructive: lorsque 2 ondes se réduisent mutuellement pour former une onde plus petite.

Fiche Mettre 1 ligne sur 2 en couleur. Identifier les nodes d’interférence constructive. Identifier les nodes d’interférence destructive.

Lignes nodales * Synonyme: Franges Forme: paraboles Fonction: Relient les zones d’interférence constructive ou destructive.

Variables * Si… Effet Distance entre 2 sources augmente ? Distance entre 2 sources diminue Longueur d’onde augmente Longueur d’onde diminue

Variables * Si… Effet Distance entre 2 sources augmente # de lignes nodales augmente Distance entre 2 sources diminue # de lignes nodales diminue Longueur d’onde augmente Longueur d’onde diminue

Analyser mathématique de l’interférence: Problème #2 Deux sources ponctuelles identiques, situées à 5,0 cm l’une de l’autre et oscillant en phase à une fréquence de 8,0 Hz, génèrent un modèle d’interférence dans une cuve à ondes. Un point sur la première ligne nodale est situé à 10,0 cm d’une source et à 11,0 cm de l’autre. Quelle est a) la longueur d’onde des ondes et b) la vitesse des ondes?

À ton tour Exercice p.459 #2, p.460 #1

9.4: La lumière: une onde ou une particule?

Quelle est la différence entre une onde et une particule? Observe l’animation suivante: https://www.edumedia- sciences.com/fr/media/572-onde-longitudinale Est-ce que chaque onde a un mouvement net? Est-ce que chaque particule a un mouvement net?

Est-ce que la lumière est une onde ou une particule? Évidence Onde Particule

Est-ce que la lumière est une onde ou une particule? Évidence Onde Particule Réflexion 2 rayons qui se croisent produisent de l’interférence (pas de dispersion). Lumière absorbée par un objet est absorbée en petites quantités (quantas).

Votre travail P.488 #11, 12, 13

9.5: L’interférence des ondes: l’expérience des doubles fentes de Young

Problèmes * Premières tentatives de démontrer l’interférence de la lumière non concluantes, car: Sources trop éloignées Sources déphasées Longueur d’onde de la lumière très courte (donc trous doivent être très proches)

Solution de Thomas Young * Utiliser 1 source illuminant 2 ouvertures très rapprochées. Évidence que la lumière est une onde.

À ton tour! P.475 #3

12.1: Les fondements de la théorie quantique

Animation https://phet.colorado.edu/sims/blackbody-spectrum/blackbody- spectrum_en.html

Rayonnement du corps noir

Rayonnement du corps noir Quel est le lien?

Rayonnement du corps noir * Spectre réel des longueurs d’ondes d’un objet chauffé à diverses températures: À T° donnée, intensité maximale à une certaine longueur d’onde. Quand T° ↑, longueur d’onde de l’intensité maximale ↓

C’est quoi un corps noir? * Corps blanc Objet parfaitement opaque qui absorbe toute la lumière qu’il reçoit. Objet rugueux qui réfléchit toute la lumière qu’il reçoit.

La catastrophe ultraviolette * Tout objet émet autant d’énergie qu’il n’en absorbe. La théorie classique de Maxwell n’explique pas la courbe qui redescend à gauche. « Catastrophe ultraviolette ».

L’hypothèse des quanta * Théorie classique (Maxwell) Théorie quantique (Planck) Lumière est émise quand la chaleur fait augmenter la vitesse de vibration des charges électriques. + de chaleur = ↑ fréquence de vibration = ↓ longueur d’onde Énergie peut être toutes les valeurs. Énergie ne peut pas être toutes les valeurs. Seulement quelques valeurs possibles (quanta). Énergie de 1 quanta = E = hf h = constante de Planck = 6,63× 10 −34 𝐽∙𝑠 E = nhf où n = 1, 2, 3, etc.

Problème #1 Calcule l’énergie en joules et en électrons-volts. D’un quantum de lumière bleue ayant une fréquence de 6,67 x 1014 Hz. D’un quantum de lumière rouge ayant une longueur d’onde de 635 nm.

À ton tour P.597 #1, 2, 3, 4, 5