Spécialité Physique-Chimie · Classe de Terminale

Diffraction et interférences

Propriétés ondulatoires de la lumière : diffraction par une fente et interférences par deux fentes (programme de Terminale Spé Physique-Chimie)

À propos de cette page

Cette évaluation sur « Diffraction et interférences » en terminale permet de faire le point sur ses connaissances en spécialité physique-chimie, comme lors d'un véritable contrôle. Elle suit le programme officiel de terminale et propose plusieurs exercices notés sur 20, avec un corrigé détaillé. Au programme : Rappel : nature ondulatoire de la lumière, Diffraction par une fente unique, Critère de diffraction et angle caractéristique, Interférences lumineuses : principe et conditions. Travaille seul, chronomètre-toi, puis compare tes réponses au corrigé pour identifier les points à revoir. Parfait pour mesurer ses progrès et réviser efficacement. Évaluation gratuite conçue par un professeur particulier à Marseille pour aider les élèves de terminale en spécialité physique-chimie.

Évaluation finale · Niveau difficile · Durée 60 min · Noté sur 20

60:00

Évaluation complète de fin de chapitre, tout en niveau difficile. Travaille seul et sans aide, puis vérifie tes réponses avec le corrigé détaillé dépliable en bas de page.

Exercice 1 — Diffraction par une fente unique

/ 4 pts

Une fente de largeur $a = 0{,}15\,\text{mm}$ est éclairée par un laser émettant à $\lambda = 450\,\text{nm}$. Un écran est placé à $D = 1{,}80\,\text{m}$ de la fente.
1. Calcule l'angle demi-tache centrale $\theta$ en milliradiants.
2. Calcule la largeur totale $L$ de la tache centrale de diffraction sur l'écran, en mm.
3. Si on remplace le laser par un autre émettant à $\lambda' = 600\,\text{nm}$, que devient $L$ ? Justifie.

Exercice 2 — Mesure de longueur d'onde par interférences

/ 5 pts

On réalise l'expérience des fentes de Young. On mesure sur la figure : $D = 1{,}50\,\text{m}$, $a = 0{,}30\,\text{mm}$. La distance entre la frange brillante d'ordre $-3$ et la frange brillante d'ordre $+3$ est de $18{,}0\,\text{mm}$.
1. En déduire l'interfrange $i$.
2. Calculer la longueur d'onde $\lambda$ de la lumière utilisée.
3. Identifier la couleur de cette lumière.
4. La frange brillante d'ordre 2 est-elle à $6{,}0\,\text{mm}$ du centre ? Vérifier par le calcul.

Exercice 3 — Conditions d'interférences

/ 4 pts

Dans une expérience de Young ($i = 2{,}5\,\text{mm}$), on considère un point $M$ de l'écran situé à $x = 7{,}5\,\text{mm}$ du centre.
1. Calculer la différence de marche $\delta$ en ce point (exprimer en fonction de l'interfrange $i$).
2. Ce point est-il une frange brillante ou une frange sombre ? Justifier.
3. Si $\lambda = 500\,\text{nm}$, calculer la valeur numérique de $\delta$.
4. On place maintenant un point $M'$ à $x' = 8{,}75\,\text{mm}$. Quelle est la nature de la frange en $M'$ ?

Exercice 4 — Analyse d'une figure expérimentale

/ 4 pts

Un élève réalise l'expérience de Young et obtient la figure suivante : 7 franges brillantes sont visibles sur une longueur de 24,0 mm (en comptant la frange centrale + 3 de chaque côté). Il sait que $D = 2{,}00\,\text{m}$ et $a = 0{,}40\,\text{mm}$.
1. Déterminer l'interfrange $i$ (les 7 franges correspondent à 6 intervalles).
2. Calculer la longueur d'onde $\lambda$.
3. Quelle couleur est la lumière utilisée ?
4. L'élève double l'écartement $a$. Sans faire de calcul, décrire ce qui arrive à la figure d'interférences.

Exercice 5 — Problème ouvert : réseau de diffraction

/ 3 pts

Un réseau de diffraction comporte $N = 500$ traits par mm. On l'éclaire perpendiculairement avec une lumière à $\lambda = 550\,\text{nm}$.
1. Calculer l'écartement $a$ entre deux traits consécutifs du réseau, en µm.
2. La relation fondamentale du réseau est $a\sin\theta_k = k\lambda$ (pour une incidence normale). Calculer $\sin\theta_1$ pour l'ordre 1.
3. Quel est l'ordre maximum observable ? (Rappel : $|\sin\theta| \le 1$)

✓Corrigé détaillé

Exercice 1 — Diffraction par une fente unique
Corrigé :
1. $\theta = \lambda/a = 450\times10^{-9}/(0{,}15\times10^{-3}) = 3{,}0\times10^{-3}\,\text{rad} = 3{,}0\,\text{mrad}$.
2. $L = 2\theta D = 2\times3{,}0\times10^{-3}\times1{,}80 = 1{,}08\times10^{-2}\,\text{m} = 10{,}8\,\text{mm}$.
3. $L' = 2\lambda'D/a = 2\times600\times10^{-9}\times1{,}80/(0{,}15\times10^{-3}) = 14{,}4\,\text{mm}$. La tache est plus large car $\lambda' > \lambda$ (rouge plus diffracté que violet).

Exercice 2 — Mesure de longueur d'onde par interférences
Corrigé :
1. L'écart entre les ordres $-3$ et $+3$ représente $3-(-3) = 6$ interfranges. Donc $i = 18{,}0/6 = 3{,}0\,\text{mm}$.
2. $\lambda = i\cdot a/D = 3{,}0\times10^{-3}\times0{,}30\times10^{-3}/1{,}50 = 6{,}0\times10^{-7}\,\text{m} = 600\,\text{nm}$.
3. 600 nm correspond au orange-rouge du spectre visible.
4. $x_2 = 2\times i = 2\times3{,}0 = 6{,}0\,\text{mm}$. Oui, la frange d'ordre 2 est bien à 6,0 mm du centre.

Exercice 3 — Conditions d'interférences
Corrigé :
1. $\delta = x/D\times a$, et $x = k\cdot i$ donne $\delta = (x/i)\times\lambda$. Ici $x/i = 7{,}5/2{,}5 = 3$ donc $\delta = 3\lambda$.
2. $\delta = 3\lambda = k\lambda$ avec $k=3$ entier : frange brillante d'ordre 3.
3. $\delta = 3\times500 = 1\,500\,\text{nm} = 1{,}5\times10^{-6}\,\text{m}$.
4. $x'/i = 8{,}75/2{,}5 = 3{,}5 = 3+\tfrac{1}{2}$ → $\delta = (3+\frac{1}{2})\lambda$ : frange sombre d'ordre $k=3$.

Exercice 4 — Analyse d'une figure expérimentale
Corrigé :
1. 7 franges brillantes = 6 interfranges. $i = 24{,}0/6 = 4{,}0\,\text{mm}$.
2. $\lambda = i\cdot a/D = 4{,}0\times10^{-3}\times0{,}40\times10^{-3}/2{,}00 = 8{,}0\times10^{-7}\,\text{m} = 800\,\text{nm}$.
3. 800 nm est dans l'infrarouge proche (à la limite du visible-rouge). La lumière utilisée est à la limite rouge/infrarouge.
4. Si $a$ double : $i' = \lambda D/(2a) = i/2 = 2{,}0\,\text{mm}$. Les franges se resserrent : l'interfrange est divisé par 2.

Exercice 5 — Problème ouvert : réseau de diffraction
Corrigé :
1. $a = 1/N = 1/500\,\text{mm} = 2{,}00\times10^{-3}\,\text{mm} = 2{,}00\,\mu\text{m}$.
2. $\sin\theta_1 = \lambda/a = 550\times10^{-9}/(2{,}00\times10^{-6}) = 0{,}275$. L'ordre 1 est à $\theta_1 = \arcsin(0{,}275) \approx 16{,}0°$.
3. Ordre max : $k_{\max} = \lfloor a/\lambda \rfloor = \lfloor 2000/550 \rfloor = \lfloor 3{,}64 \rfloor = 3$. L'ordre 4 donnerait $\sin\theta_4 = 4\times0{,}275 = 1{,}10 > 1$ : impossible.

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