Nature ondulatoire de la lumière | Diffraction | Modèle ondulatoire
🔆 ① Nature ondulatoire de la lumière
الطبيعة التموجية للضوء · Diffraction · Modèle ondulatoire
1.1 Activité expérimentale (النشاط التجريبي)تجربة حيود الضوء
On éclaire une fente, de largeur \(a\) variable, par un faisceau de laser.
📌 Fente de largeur variable éclairée par un laser → observation sur écran
🔆 Fente large → tache unique |
✨ Fente étroite → plusieurs taches (franges brillantes et sombres)
❶ Qu’observe-t-on sur l’écran lorsque la largeur de la fente devient grande ?
✔️ On voit une seule tache lumineuse (pas de diffraction notable).
❷ Qu’observe-t-on sur l’écran lorsque la largeur de la fente devient petite ?
✔️ On observe plusieurs taches avec des éclairements maximaux (franges brillantes) séparées par des taches sombres (franges foncées). ➜ Apparition d’une figure de diffraction.
❸ Est-ce que la direction de propagation de la lumière a changé dans les deux cas ?
✔️ Fente large : la direction des rayons lumineux ne change pas. ✔️ Fente fine : la direction de propagation change : la lumière s’étale au-delà de l’obstacle, contrairement au principe de propagation rectiligne.
❹ Avez-vous déjà rencontré ce phénomène dans le cas des ondes mécaniques ? Donner le nom de ce phénomène.
✔️ Oui, ce phénomène s’appelle la diffraction (observable avec des ondes à la surface de l’eau, par exemple).
❺ Que peut-on conclure à propos de la nature de la lumière ?
✔️ Par analogie avec les ondes mécaniques, on considère que la lumière est une onde électromagnétique — elle présente des phénomènes de diffraction.
❻ Comparer l’étalement de la figure de diffraction et la direction de la fente.
✔️ La figure de diffraction s’étale horizontalement, c’est-à-dire perpendiculairement à la direction de la fente.
❼ Quelle est l’influence de la largeur \(a\) de la fente sur la figure de diffraction ?
✔️ Plus la fente est fine et étroite, plus la lumière s’étale et plus la taille de la tâche centrale de la figure de diffraction est grande.
❽ Quelle est l’influence de la distance \(D\) entre la fente et l’écran sur la figure de diffraction ?
✔️ Lorsque \(D\) augmente, la largeur \(L\) de la tâche centrale augmente aussi.
❾ Quelle est l’influence de la longueur d’onde \(\lambda\) sur la figure de diffraction ?
✔️ Quand la longueur d’onde de la lumière incidente diminue, la largeur de la tâche centrale diminue. ➜ Plus \(\lambda\) est grande, plus la diffraction est marquée.
1.2 Modèle ondulatoire de la lumière (النموذج التموجي للضوء)تموج كهرومغناطيسي
🔹 Par analogie avec les ondes mécaniques, on considère que la lumière est une onde électromagnétique progressive sinusoïdale
se propage dans les milieux transparents matériels et non matériels (vide).
🌀 Double périodicité de l’onde lumineuse
⌛ Périodicité temporelle
الدورية الزمانية
Caractérisée par la période T ou la fréquence ν avec :
📐 ν = 1 / T
⚠️ T et ν ne dépendent pas du milieu de propagation (elles sont invariables lors du changement de milieu).
📏 Périodicité spatiale
(longueur d’onde λ)
La longueur d’onde λ dépend du milieu de propagation : λ = V / ν = V·T.
Dans le vide : λ₀ = c / ν ; dans un milieu d’indice n : λ = λ₀ / n.
💡 Rappel : la lumière visible est une onde électromagnétique dont la diffraction confirme la nature ondulatoire.
📌 Relation fondamentale : Dans le vide, la célérité de la lumière est \(c \approx 3,00 \times 10^8\ \text{m·s}^{-1}\).
La fréquence \(\nu\) est une caractéristique invariante de l’onde lumineuse, indépendante du milieu de propagation.
📌 Synthèse – Nature ondulatoire de la lumièreخلاصة
🔬 Diffraction
Phénomène observé lorsque \(a \leq \lambda\).
La lumière s’étale au-delà de l’obstacle.
⚡ Modèle ondulatoire
La lumière est une onde électromagnétique progressive sinusoïdale.
⏱️ Périodicité temporelle
Période \(T\), fréquence \(\nu = 1/T\).
Indépendantes du milieu.
📏 Périodicité spatiale
Longueur d’onde \(\lambda = V \cdot T\).
Dépend du milieu (\(\lambda = \lambda_0 / n\)).
💡 Conclusion : La diffraction de la lumière, analogue à celle des ondes mécaniques, prouve sa nature ondulatoire. La lumière est une onde électromagnétique caractérisée par une double périodicité (temporelle et spatiale).
📚 D'autres cours : 03:Propagation d’une onde lumineuse 1+4h
