Exemples de questions et de formules pour les ondes lumineuses en optique physique
Caractéristiques de la lumière
1. La lumière est une onde électromagnétique, donc la lumière….
A. Ne ressent pas de réflexion
B. Ne subit pas de réfraction
C. Ne nécessite pas de milieu de propagation
D. Ne transporte pas d'énergie lors de sa propagation
Discussion
La lumière est une onde ; par conséquent, elle subit réflexion et réfraction et transporte de l’énergie lors de sa propagation, comme toutes les ondes. La lumière est une onde électromagnétique, elle n’a donc pas besoin de milieu pour se propager.
La bonne réponse est C.
2. Veuillez prêter attention à la déclaration suivante :
1. La lumière se déplace en ligne droite.
2. La lumière est une onde électromagnétique
3. La lumière peut être absorbée
4. La lumière transporte une charge électrique
L'énoncé correct concernant les propriétés de la lumière est...
A. affirmation 1 seulement
B. énoncés 1 et 2
C. énoncés 1, 2 et 3
D. Toutes les affirmations sont vraies
Discussion
1. La lumière se déplace en ligne droite.
Cette affirmation est vraie car, bien que la lumière se propage comme une onde transversale, sa trajectoire est rectiligne. En optique géométrique (réflexion et réfraction de la lumière), la lumière est représentée comme un rayon dont la trajectoire est rectiligne.
2. La lumière est une onde électromagnétique :
Cette affirmation est vraie car la lumière est une onde électromagnétique, et sa propagation ne nécessite pas de milieu.
3. La lumière peut être absorbée :
Cette affirmation est vraie. La lumière est un type d'onde électromagnétique. Toutes les ondes, qu'elles soient mécaniques ou électromagnétiques, transportent de l'énergie lorsqu'elles se propagent d'un point à un autre. Par conséquent, une partie de l'énergie lumineuse est absorbée par le milieu qu'elle traverse. Par exemple, lorsqu'un rayon lumineux se dirige vers un miroir plan, la majeure partie est réfléchie, mais une petite portion est absorbée par le miroir.
4. La lumière transporte une charge électrique :
Cette affirmation est fausse. La lumière est une onde électromagnétique, et les ondes électromagnétiques sont produites par l'oscillation de champs électriques et magnétiques. Les ondes électromagnétiques sont émises par l'accélération de charges électriques.
La bonne réponse est C.
Reflet parfait
3. L'image de droite montre un diamant, pierre précieuse très chère en raison de l'éclat exceptionnel de la lumière qu'il reflète. Ce phénomène est dû à…
A. Réfraction parfaite où la lumière passe d'un milieu moins dense à un milieu plus dense
B. Réfraction parfaite où l'angle d'incidence est inférieur à l'angle limite
C. Réflexion parfaite où la lumière passe d'un milieu moins dense à un milieu plus dense
D. Réflexion parfaite où l'angle d'incidence est supérieur à l'angle limite
Discussion
La lumière émise par un diamant scintille grâce à la dispersion de la lumière et à une réflexion parfaite. La réflexion parfaite se produit lorsque la lumière passe d'un milieu d'indice de réfraction élevé à un milieu d'indice de réfraction plus faible. Par exemple, la lumière passe du diamant (d'indice de réfraction élevé) à l'air (d'indice de réfraction plus faible). Pour mieux comprendre ce phénomène, observez l'image ci-dessous.
Lorsque la lumière passe d'un milieu à indice de réfraction élevé à un milieu à indice de réfraction faible, elle est déviée de la normale. Si l'angle d'incidence (i) est supérieur à la normale, l'angle de réfraction (r) l'est également. Pour un angle d'incidence donné, l'angle de réfraction est de 90°. Cet angle d'incidence, pour lequel l'angle de réfraction est de 90°, est appelé angle critique (θ<sub>c</sub>) ou angle limite. Si l'angle d'incidence est supérieur à l'angle critique ou à l'angle limite, la lumière est entièrement réfléchie.
La bonne réponse est D.
4. Questions de l'Olympiade nationale des sciences 2011 pour les collèges (niveau régional/municipal) n° 39
Le phénomène suivant, symptôme d'une réflexion parfaite, est…
A. arc-en-ciel
B. mirage
C. lac coloré
D. astigmatisme
Discussion
Un mirage est qualifié de phénomène de réflexion parfaite car, lors de ce processus, la lumière provenant de l'air n'est pas réfractée par la chaussée ; elle apparaît comme si elle était entièrement réfléchie. Les mirages se produisent car la lumière traverse des couches d'air présentant des indices de réfraction différents, dus à leurs densités différentes. En réalité, la lumière n'est pas réfléchie par la chaussée, mais réfractée (déviée) par ces couches d'air.
La bonne réponse est B.
5. Questions de l'Olympiade nationale des sciences 2010 pour les collèges (niveau régional/municipal) n° 30
La vue d'une nappe de pétrole à la surface d'une route asphaltée par une chaude journée est essentiellement un phénomène de réflexion totale car…
A. L'indice de réfraction des couches supérieures d'air est supérieur à celui des couches inférieures.
B. L'indice de réfraction des couches supérieures d'air est inférieur à celui des couches inférieures.
C. Les gouttelettes d'eau reflètent différentes couleurs selon l'angle de réflexion.
D. Les gouttelettes d'eau réfractent différentes couleurs à différents angles de réfraction.
Discussion
Une nappe d'huile sur une route asphaltée par une chaude journée est un exemple de mirage. Les mirages se produisent en raison de la différence d'indice de réfraction entre la couche d'air proche de la route et la couche d'air située au-dessus.
Par temps chaud, la chaussée réchauffe l'air situé directement au-dessus, rendant la couche d'air directement au-dessus plus chaude que celle située plus en amont. Cette couche d'air plus chaude subit une plus grande dilatation volumique, ce qui la rend moins dense. Inversement, la couche d'air moins chaude située au-dessus subit une moindre dilatation volumique, ce qui la rend plus dense. Ainsi, la couche d'air inférieure est moins dense, tandis que la couche d'air supérieure est plus dense.
Comme la couche d'air inférieure (plus proche de la surface de la route) est moins dense, la lumière se déplace plus vite lorsqu'elle la traverse, tandis que la couche d'air supérieure est plus dense, donc la lumière se déplace plus lentement lorsqu'elle la traverse.
La formule de l'indice de réfraction est : n = c / v, où n est l'indice de réfraction, c = vitesse de la lumière dans le vide = constante = 3 x 10⁻⁵8 m/s, v représente la vitesse de la lumière dans le milieu. D'après cette formule, c est fixé de sorte que si v augmente, n diminue, et inversement.
La lumière se déplace plus rapidement dans la couche d'air inférieure (grand v) de sorte que la couche d'air inférieure a un indice de réfraction plus petit (petit n) tandis que la lumière se déplace plus lentement dans la couche d'air supérieure (petit v) de sorte que la couche d'air supérieure a un indice de réfraction plus grand (grand n).
La bonne réponse est A.
indice de réfraction
6. Un faisceau de lumière visible a une longueur d'onde de 510 nm dans l'air. Si ce faisceau pénètre dans un milieu d'indice de réfraction 1,5, sa longueur d'onde devient…
A. 680 nm
B. 510 nm
C. 340 nm
D. 170 nm
Discussion
Il est connu que :
Longueur d'onde (λ) = 510 nm = 510 x 10-9 XNUMX ou XNUMX
Indice de réfraction (n) = 1,5
Question : La longueur d'onde (λ) change en….
Répondre :
La longueur d'onde (λ) passe à 340 nanomètres.
La bonne réponse est C.
7. Un poisson est aperçu au fond d'une piscine d'eau claire. La profondeur de la piscine est de 2 mètres et l'indice de réfraction de l'eau est de 4/3. Si le poisson est vu presque perpendiculairement à la surface de la piscine, à quelle distance de la surface de la piscine se trouve-t-il ?
A. À 1 mètre de la surface de la piscine
B. À 1,5 mètre de la surface de la piscine
C. 2 mètres de la surface de la piscine
D. 2,67 mètres de la surface de la piscine
Discussion
Il est connu que :
Indice de réfraction de la piscine = 4/3
Profondeur de la piscine = 2 mètres
Question : À quelle distance de la surface de l'étang peut-on voir les poissons ?
Répondre :
Distance apparente = 1 : n (distance réelle)
Distance apparente = 1 : 4/3 (2 mètres)
Distance apparente = 1 x 3/4 (2 mètres)
Distance apparente = 3/4 (2 mètres)
Distance apparente = 6/4
Distance apparente = 1,5 mètre
La distance des poissons visibles depuis la surface de l'étang est de 1,5 mètre.
La bonne réponse est B.
8. La lumière peut être transmise dans un canal dont l'indice de réfraction par rapport à l'environnement est….
A. > 1
B. = 1
C. < 1
D. = 0
Discussion
Indice de réfraction du vide = 1,0000
L'indice de réfraction d'un milieu est supérieur à l'indice de réfraction du vide.
La bonne réponse est A.
Dispersion de la lumière
9. L'angle de dispersion est l'angle entre deux couleurs de lumière monochromatique qui se produit dans le cas de….
A. polarisation de la lumière
B. absorption de la lumière
C. dispersion de la lumière
D. Diffraction de la lumière
Discussion
La lumière monochromatique est une lumière qui possède une seule couleur ou longueur d'onde. La lumière blanche, comme la lumière du soleil, est une combinaison de toutes les couleurs, chacune ayant une longueur d'onde ou une fréquence différente. La décomposition de la lumière blanche en spectre visible (rouge, orange, jaune, vert, bleu, indigo et violet) est appelée dispersion de la lumière.
La dispersion de la lumière peut être obtenue par des prismes, des gouttelettes d'eau ou d'autres objets. Les arcs-en-ciel sont un exemple de dispersion de la lumière dans la vie quotidienne, où la lumière du soleil est dispersée par les gouttes de pluie.
La bonne réponse est C.
10. Questions de l'Olympiade nationale des sciences 2011 pour les collèges (niveau régional/municipal) n° 60
Un arc-en-ciel apparaît comme un ruban coloré en forme de demi-cercle. L'ordre correct des quatre couleurs de l'arc-en-ciel ci-dessous, du plus petit rayon au plus grand, est…
A. rouge, orange, jaune, vert
B. bleu, violet, vert, jaune
C. vert, bleu, indigo, violet
D. indigo, bleu, vert, jaune
Discussion
L'ordre des couleurs de l'arc-en-ciel est le suivant : rouge, orange, jaune, vert, bleu, indigo et violet.
La lumière rouge possède la plus grande longueur d'onde, tandis que la lumière violette a la plus courte. La déviation de chaque couleur de lumière dépend de sa longueur d'onde.
Lorsque la lumière blanche du soleil est dispersée par les gouttes de pluie, les rayons de grande longueur d'onde sont moins déviés que ceux de courte longueur d'onde. La lumière rouge est la moins déviée car sa longueur d'onde est plus longue, tandis que la lumière violette est la plus déviée car sa longueur d'onde est plus courte, comme illustré dans le schéma ci-dessous. Ainsi, l'œil de l'observateur perçoit la lumière rouge en haut et la lumière violette en bas.
Toutes les couleurs de la lumière arc-en-ciel ont la forme d'un cercle, le cercle rouge étant en haut et ayant donc le plus grand rayon, tandis que le cercle violet étant en bas et ayant donc le plus petit rayon.
L'ordre des couleurs claires, du plus grand rayon au plus petit, est le suivant : rouge, orange, jaune, vert, bleu, indigo, violet.
La bonne réponse est D.
11. Les couleurs claires de la couche d'huile à la surface de l'eau sont dues à l'événement...
A. interférence
B. polarisation
C. dispersi
D. diffraction
Discussion
La bonne réponse est C.
