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Physique-Chimie · BTS & DUT (EST) — BTS

Ondes lumineuses

Le cours expliqué simplement, les questions que tous les élèves se posent et des exercices type examen national. Programme marocain, gratuit.

📘 Fiche de cours

L'essentiel du cours

  • Nature de la lumière : La lumière est une onde électromagnétique. Dans le vide ou l'air, sa célérité est $c \approx 3,00 \times 10^8 , \text{m/s}$.
  • Relation fondamentale : $\lambda = \frac{c}{f} = v \cdot T$. Dans un milieu d'indice $n$, la vitesse est $v = \frac{c}{n}$.
  • Phénomène de diffraction : Lorsqu'une onde lumineuse rencontre une ouverture de dimension $a$ comparable à $\lambda$, elle s'étale. L'écart angulaire est $\theta = \frac{\lambda}{a}$ (en radians).
  • Milieu dispersif : Un milieu est dispersif si la célérité de l'onde dépend de sa fréquence (ex: le verre).

Méthodes à maîtriser

  • Passer de la fréquence à la longueur d'onde avec $c = \lambda \cdot f$.
  • Utiliser la condition de diffraction : $\theta = \frac{\lambda}{a}$ (pour $a \gg \lambda$, la diffraction est négligeable).
  • Calculer l'indice de réfraction $n = \frac{c}{v}$.

Exemples corrigés

Exemple : Laser de $\lambda = 633 , \text{nm}$ traversant une fente de $a = 0,1 , \text{mm}$. Calcul de $\theta$ : $\theta = \frac{633 \times 10^{-9}}{0,1 \times 10^{-3}} = 6,33 \times 10^{-3} , \text{rad}$.

Erreurs fréquentes

  • Oublier de convertir les unités (ex: nm en m, mm en m).
  • Confondre la fréquence $f$ (qui ne change pas lors du changement de milieu) et la longueur d'onde $\lambda$ (qui change).

🌉 Jisr : les mots du chapitre FR ⇄ AR

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Défi flash : 4 questions

Sans compte

🎯 Ondes lumineuses

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La lumière est une onde :

❓ Questions fréquentes

Kifach n7seb l-indice d'un milieu ila 3tani l-vitesse ?

Katssta3mel l-3ala9a $n = \frac{c}{v}$. Khass tkon $c$ b $m/s$ o $v$ b $m/s$. L-indice $n$ ma3ndouch l-wahda.

💡 À retenir : $n > 1$ dima.

Est-ce que la fréquence change quand la lumière passe du vide au verre ?

Non, la fréquence $f$ est une caractéristique de la source lumineuse. Elle reste constante quel que soit le milieu traversé. Seules la célérité $v$ et la longueur d'onde $\lambda$ changent.

💡 À retenir : $f_{vide} = f_{verre}$.

Pourquoi la lumière blanche se décompose-t-elle dans un prisme ?

Le prisme est un milieu dispersif. Chaque radiation (couleur) de la lumière blanche possède une fréquence différente. Comme l'indice du verre dépend de la fréquence, chaque couleur est déviée d'un angle différent.

💡 À retenir : Dispersion = dépendance de $n$ vis-à-vis de $f$.

Chno hiya l-far9 bin l-mawja l-mikanikiya o l-mawja daw'iya ?

L-mawja l-mikanikiya khassha wasat madi (matériel) bach tntachar, bhal s-sawt. L-mawja daw'iya (électromagnétique) katntachar hta f l-faragh.

💡 À retenir : La lumière n'a pas besoin de support matériel.

Comment calculer la largeur de la tache centrale de diffraction ?

Si $D$ est la distance écran-fente, la largeur $L$ est donnée par $L = 2 \cdot D \cdot \theta$. Comme $\theta = \frac{\lambda}{a}$, alors $L = \frac{2 \cdot \lambda \cdot D}{a}$.

💡 À retenir : $L$ est inversement proportionnelle à $a$.

Wach l-frequence katbdel ila tbeddel l-wasat ?

La, l-frequence katbqa hiya hiya. Li kaytbeddel howa l-vitesse o t-toul d l-mawja.

💡 À retenir : $f$ est invariante.

Qu'est-ce qu'une onde monochromatique ?

C'est une onde caractérisée par une seule fréquence (ou une seule longueur d'onde dans le vide). Elle ne peut pas être décomposée par un prisme.

💡 À retenir : Une seule couleur = une seule fréquence.

Quelle est la valeur de la célérité de la lumière dans le vide ?

La célérité $c$ est une constante universelle : $c = 299,792,458 , \text{m/s}$, souvent arrondie à $3,00 \times 10^8 , \text{m/s}$.

💡 À retenir : $c \approx 3 \times 10^8 , \text{m/s}$.

Pourquoi dit-on que le verre est un milieu dispersif ?

Parce que l'indice de réfraction du verre n'est pas le même pour toutes les fréquences. La lumière bleue est plus ralentie que la lumière rouge.

💡 À retenir : $n(f)$ n'est pas constante.

Comment varie lambda quand on passe de l'air au verre ?

Comme $v = \frac{c}{n}$ et $v = \lambda \cdot f$, on a $\lambda_{verre} = \frac{\lambda_{air}}{n}$. Puisque $n > 1$, la longueur d'onde diminue dans le verre.

💡 À retenir : $\lambda$ diminue quand $n$ augmente.

Est-ce que la diffraction dépend de la forme de l'ouverture ?

Oui, la diffraction dépend de la géométrie de l'obstacle. Pour une fente, l'étalement se fait perpendiculairement à la fente.

💡 À retenir : $\theta = \frac{\lambda}{a}$ pour une fente.

Chno l-farq bin l-mawja l-morahala o l-mawja l-mowajjaha ?

(à vérifier par le professeur) Ce terme n'est pas au programme 2025-2026. Veuillez vous référer au chapitre "Modulation d'amplitude" pour les ondes porteuses.

💡 À retenir : Hors programme.

✍️ Exercices type examen national

Exercice 1

Un laser émet une radiation de longueur d'onde $\lambda = 650 , \text{nm}$ dans l'air.

  1. Calculer la fréquence de cette onde.
  2. Ce faisceau traverse une lame de verre d'indice $n = 1,5$. Calculer la longueur d'onde dans le verre. Données : $c = 3,00 \times 10^8 , \text{m/s}$.
Voir la correction détaillée : inscription gratuite

Exercice 2

Une fente de largeur $a = 0,20 , \text{mm}$ est éclairée par un laser de longueur d'onde $\lambda = 633 , \text{nm}$. Un écran est placé à $D = 2,0 , \text{m}$ de la fente.

  1. Calculer l'écart angulaire $\theta$.
  2. Déterminer la largeur $L$ de la tache centrale.
Voir la correction détaillée : inscription gratuite

Exercice 3

Un milieu transparent a un indice $n = 1,45$ pour une radiation de fréquence $f = 5,0 \times 10^{14} , \text{Hz}$.

  1. Calculer la célérité de cette onde dans ce milieu.
  2. Calculer la longueur d'onde dans ce milieu.
Voir la correction détaillée : inscription gratuite

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