Catégorie : PC

Programme de colles de la semaine 18 du 27/01 au 31/01

– Optique 3 : Étude de diviseurs du front d’onde : les trous d’Young et ses généralisations (exercices) → O3_plan

– Optique 4 : L’interféromètre de Michelson (cours et exercices) → O4_plan

– Optique 5 : Notions sur la diffraction (cours et exercices) → O5_plan

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A l’attention des interrogateurs, suggestions de questions de cours (rq : les capacités de O5 sont essentiellement expérimentales) :

• O4 – Établir l’expression de la différence de marche pour l’interféromètre de Michelson en configuration lame d’air, éclairé par une source spatialement étendue.
• O4 – Résumer dans un tableau, pour les deux configurations de l’interféromètre de Michelson en lame d’air / coin d’air : la définition de la configuration, la localisation des franges, la méthode d’éclairage et de projection, le nom et la nature des franges.
• O5 – Définir : le montage de Fraunhofer pour l’étude d’un objet diffractant (une phrase + schéma) ; le plan de Fourier ; la notion de fréquence spatiale. Donner la relation entre fréquence spatiale de l’objet diffractant et l’angle de diffraction associé. A.N. éventuellement
• O5 – Réseau unidimensionnel sinusoïdal dans les conditions de Fraunhofer : décrire les observations sur l’écran. Interpréter qualitativement à l’aide d’un schéma et d’une explication sans calcul (Ce qui est attendu : la mise en évidence de trois ondes planes, l’une associée à la valeur moyenne (fréquence spatiale sigma nulle) et les deux autres à la périodicité spatiale a du coefficient de transmission du réseau ; les vecteurs d’onde de ces ondes faisant des angles avec l’axe optique selon la relation générale sin(theta_n)=lambda*sigma_n valable pour un coef de transmission périodique)
• O5 – Expliquer à l’aide de schéma(s) le principe du filtrage optique (détramage / strioscopie)

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A l’attention des étudiants :

– pour le chapitre O5, les exercices à savoir faire pour cette semaine de colles sont : ex 1, 2, 3, 4 et problème

– pour mercredi 22/01 : O5 ex 5 (éventuellement 6) et lire l’approche descriptive de l’effet Hall (EM1)

Travaux pratiques

TP Fentes d’Young et réseaux

Cours

Optique 5 : Notions sur la diffraction (→ fin)

Electromagnétisme 1 : Sources du champ magnétique (→ III.1)

Pour compléter les chapitres :

– décomposition d’un signal en créneaux en série de Fourier :

– Images issues d’un montage de strioscopie (avec un miroir parabolique), vidéos de Derek Muller (Veritasium)

Plan(s) du (des) chapitre(s) ; capacités exigibles ; documents de cours :

Travail à faire

Pour mercredi : O4 ex 6 et 7

Pour jeudi : O4 pb n°2 et O5 ex 1

Pour vendredi : O5 ex 2 et 3

Travaux dirigés

TD O5

Correction

Programme de colles de la semaine 17 du 20/01 au 24/01

– Optique 2 : Superposition de deux ondes lumineuses (exercices) → O2_plan

– Optique 3 : Étude de diviseurs du front d’onde : les trous d’Young et ses généralisations (cours et exercices) → O3_plan

– Optique 4 : L’interféromètre de Michelson (cours et exercices) → O4_plan

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A l’attention des interrogateurs, suggestions de questions de cours :

• O3 – Montage des trous d’Young : établir l’expression de la différence de marche en précisant les approximations faites.
• O3 – Trous d’Young éclairés en lumière blanche : décrire et interpréter qualitativement (schémas !) les observations (Voc. à utiliser notamment : blanc d’ordre 0, teintes de Newton, blanc d’ordre supérieur, cannelures, spectre cannelé)
• O3 – Schématiser le montage de Fraunhofer pour 2 trous d’Young ; mettre en évidence sur le schéma puis exprimer la différence de marche en fonction soit des angles, soit des positions de la source et du point M sur l’écran.
• O4 – Établir l’expression de la différence de marche pour l’interféromètre de Michelson en configuration lame d’air, éclairé par une source spatialement étendue.
• O4 – Résumer dans un tableau, pour les deux configurations de l’interféromètre de Michelson en lame d’air / coin d’air : la définition de la configuration, la localisation des franges, la méthode d’éclairage et de projection, le nom et la nature des franges.

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A l’attention des étudiants :

– pour le chapitre O4, les exercices à savoir faire pour cette semaine de colles sont : ex 1, 2, 3 et 4

– pour mercredi 22/01 : O4 ex 6 et 7

Travaux pratiques

TP Modélisation d’une lunette astronomique

Cours

Optique 4 : L’interféromètre de Michelson (→ fin)

Optique 5 : Notions sur la diffraction (→ I.2)

Pour compléter les chapitres :

– article de 2016 sur l’observation des ondes gravitationnelles issues de la fusion de deux trous noirs (plus pour que vous voyiez la forme de ce type d’article : notez qu’avec le nombre de contributeurs, c’est très intéressant d’avoir un nom de famille qui commence par « Abb »… ; notez sur les graphes le très bon accord entre les observations et la théorie de la relativité générale) : PhysRevLett.116.061102

– à mettre en lien avec la simulation suivante (35 s) :

– conférence de presse (1h11min) à l’annonce de cette découverte extraordinaire. Notez la grande émotion de l’astrophysicienne France Cordova à 0:00, puis du physicien théoricien Kip Thorne qui a travaillé pendant 30 ans sur ce projet (31:08). L’annonce se fait 4:00. Des explications scientifiques sont distillées dans le reste de la conférence de presse.

– version vulgarisée en 9 min :

– Simulation de l’interféromètre de Michelson :

http://ressources.univ-lemans.fr/AccesLibre/UM/Pedago/physique/02/optiondu/michelson.html

– de manière générale, on conseille vivement les simulations d’optique de ce site :

http://ressources.univ-lemans.fr/AccesLibre/UM/Pedago/physique/02/

Plan(s) du (des) chapitre(s) ; capacités exigibles ; documents de cours :

Travail à faire

Pour mercredi : O3 ex 6

Pour jeudi : O4 ex 1 question 2

Pour vendredi : O4 ex 1 question 1 et ex 2

Travaux dirigés

TD O4

Correction

Programme de colles de la semaine 16 du 13/01 au 17/01

– Optique 1 : Modèle scalaire des ondes lumineuses (exercices) → O1_plan

– Optique 2 : Superposition de deux ondes lumineuses (cours et exercices) → O2_plan

– Optique 3 : Étude de diviseurs du front d’onde : les trous d’Young et ses généralisations (cours et exercices) → O3_plan

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A l’attention des interrogateurs, suggestions de questions de cours :

• O2 – Citer les 3 critères de cohérence, et démontrer la formule de Fresnel (en complexe ou non) en les supposant validés.
• O2 – Interférences à N ondes : utiliser la construction de Fresnel pour établir la condition d’interférences constructives et la demi-largeur 2π/N des franges brillantes.
• O3 – Montage des trous d’Young : établir l’expression de la différence de marche en précisant les approximations faites.
• O3 – Trous d’Young éclairés en lumière blanche : décrire et interpréter qualitativement (schémas !) les observations (Voc. à utiliser notamment : blanc d’ordre 0, teintes de Newton, blanc d’ordre supérieur, cannelures, spectre cannelé)
• O3 – Schématiser le montage de Fraunhofer pour 2 trous d’Young ; mettre en évidence sur le schéma puis exprimer la différence de marche en fonction soit des angles, soit des positions de la source et du point M sur l’écran.

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A l’attention des étudiants :

– pour le chapitre O3, les exercices à savoir faire pour cette semaine de colles sont : ex 1 à 5 et 7 et 8

– pour mercredi 15/01 : lire le document 1 du chapitre O4, faire l’ex 6 de O3 (et éventuellement le 9, plus difficile)

Travaux pratiques

TP Modélisation d’une lunette astronomique

Cours

Optique 3 : Étude de diviseurs du front d’onde : les trous d’Young et ses généralisations (→ fin)

Pour compléter les chapitres :

– Brouillage des franges d’interférences pour les trous d’Young avec deux sources ponctuelles : voir la simulation suivante page 11/15 (télécharger d’abord le pdf)

diapoOPC3-1-201710121649

Plan(s) du (des) chapitre(s) ; capacités exigibles ; documents de cours :

Travail à faire

Pour mercredi : O3 ex 2 et 3

Pour jeudi : O3 ex 1 question 1 à 4 ; ex 4

Pour vendredi : O3 ex 5

Travaux dirigés

TD O3

Correction

Programme de colles de la semaine 15 du 06/01 au 10/01

– Optique 0 : révisions de tout le programme d’optique géométrique de première année (cours et exercices)

– Optique 1 : Modèle scalaire des ondes lumineuses (cours et exercices) → O1_plan

– Optique 2 : Superposition de deux ondes lumineuses (cours et exercices) → O2_plan

– Optique 3 : Étude de diviseurs du front d’onde : les trous d’Young et ses généralisations (cours seulement, une seule question possible, voir ci-dessous) → O3_plan

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A l’attention des interrogateurs, suggestions de questions de cours :

• O0 – Établir la condition D>=4f’ pour former l’image réelle d’un objet réel par une lentille convergente.
• O0 – Modèle de l’œil ; ODG de la limite de résolution angulaire et de la plage d’accommodation. Application : taille des plus petits détails visibles sur la Lune à l’œil nu.
• O1 – Établir le lien entre largeur spectrale en fréquence et largeur spectrale en longueur d’onde. A.N.
• O2 – Citer les 3 critères de cohérence, et démontrer la formule de Fresnel (en complexe ou non) en les supposant validés.
• O2 – Interférences à N ondes : utiliser la construction de Fresnel pour établir la condition d’interférences constructives et la demi-largeur 2π/N des franges brillantes.
• O3 – Montage des trous d’Young : établir l’expression de la différence de marche en précisant les approximations faites.

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A l’attention des étudiants :

– pour le chapitre O2, les exercices à savoir faire pour cette semaine de colles sont : ex 1 à 6 ; pour approfondir : ex 7 et 8

– Pour la rentrée de janvier, ne pas oublier : TD O3 : ex 2 et 3 ; DM d’informatique (physique modélisation) et DM de physique (voir mail pour les documents)

– pour les révisions d’optique de PCSI : relire les fiches / les points importants du cours ; refaire quelques exercices ciblés (application lois Snell-Descartes ; construction de rayons au passage d’une lentille ; application des relations de conjugaison)

Travaux pratiques

TP Focométrie des lentilles minces

Cours

Optique 2 : Superposition de deux ondes lumineuses (→ fin)

Optique 3 : Étude de diviseurs du front d’onde : les trous d’Young et ses généralisations (→ I.4)

Pour compléter les chapitres :

– simulation sur les fentes d’Young (testez l’effet des différents paramètres !) :

http://scphysiques.free.fr/TS/physiqueTS/young.swf

– autre simulation, dans laquelle on comprend bien l’émergence de la figure d’interférences (mettre la distance source – écran à 1,40 m pour pouvoir observer les deux sources ; et cliquer notamment sur « franges ») :

http://www.sciences.univ-nantes.fr/sites/genevieve_tulloue/Ondes/lumiere/interference_lumiere.php

– mettre ces deux simulations en lien avec la vidéo de Derek Muller (chaîne Youtube Veritasium, 7min39) :

Plan(s) du (des) chapitre(s) ; capacités exigibles ; documents de cours :

Travail à faire

Pour mercredi :

Pour jeudi :

Pour vendredi :

Travaux dirigés

Forum, pas de TD cette semaine

Correction