Optique

Réseau de diffraction

De nombreuses fentes affinent les maxima en ordres brillants fins à d·sinθ = mλ — base d'un spectromètre.

Réseau de diffraction — simulation interactive de Optique. De nombreuses fentes affinent les maxima en ordres brillants fins à d·sinθ = mλ — base d'un spectromètre. Laboratoire virtuel de physique gratuit dans le navigateur, avec mesures SI en direct et tutoriel guidé.

Réseau de diffraction

De nombreuses fentes affinent les maxima en ordres brillants et fins à d·sinθ = mλ — le principe d'un spectromètre.

N fentes parallèles interfèrent de manière constructive aux angles satisfaisant d sin θ = mλ, concentrant l'énergie en ordres spectraux nets. Le pouvoir de résolution est R = mN — plus de fentes éclairées aiguisent les ordres et améliorent la résolution en longueur d'onde ; c'est pourquoi les réseaux aux nombreux traits serrés remplacent les prismes dans les spectromètres de précision.

• d sin th = m lam
• Ordres nets

Résumé de l'investigation

Planifiez la question avant d'ouvrir le laboratoire

Le brief reprend la page pré-rendue  : question directrice, prédictions concurrentes, rôles des variables, lois directrices, préparation et consignes d’analyse et de prolongement restent visibles et dans cet ordre.

Question directrice

Un réseau de diffraction comporte des centaines de fentes parallèles étroitement espacées (mesurées en lignes par millimètre). Un réseau avec PLUS de lignes par millimètre diffracte-t-il la lumière selon un angle plus grand ou plus petit pour le premier pic lumineux ?

Prédictions à évaluer

• Angle plus grand  : plus de lignes par mm signifie un espacement plus petit entre les fentes, ce qui étend le motif de diffraction sur un angle plus large.
• Un réseau plus dense donne un angle de diffraction plus petit.
• L'angle de diffraction ne dépend pas des lignes par mm.

Rôles des variables

Ce que vous définissez  :

• Lignes par mm

Ce que vous mesurez  :

• Angle du premier ordre θ (°)

Comment se déroule l'enquête

1. Ouvrez le préréglage du réseau et appuyez sur Réinitialiser. La longueur d'onde de la lumière est 500 nm.
2. Activez la lecture de l’angle de diffraction du premier ordre.
3. Réglez la densité de ligne du réseau pour chaque essai et enregistrez l’angle de frange lumineuse de premier ordre.

Équation gouvernante

Équation du réseau de diffraction — d·sinθ = mλ

d·sin θ = mλ (m = 1, 2, 3... pour les ordres successifs)

Ce que la feuille de travail imprimable demande aux élèves de résoudre

• Pour un essai, calculez l'espacement des fentes d = 1/(lignes par mm) en mm, puis résolvez d·sin θ = λ pour θ, en utilisant λ = 500 nm (en convertissant soigneusement les unités). Comparez avec le tableau.
• Expliquez pourquoi une densité de lignes PLUS ÉLEVÉE (plus de lignes par mm) signifie un espacement de fente PLUS PETIT d, ce qui - puisque d·sinθ = λ - nécessite un angle θ PLUS GRAND pour satisfaire la même condition de longueur d'onde.

Où cela apparaît au-delà du laboratoire

• Les réseaux de diffraction sont au cœur de la plupart des spectromètres  : différentes longueurs d'onde diffractent sous différents angles à partir du même réseau, séparant spatialement le spectre d'une source lumineuse pour l'analyse. Expliquez pourquoi un réseau plus dense (plus de lignes par mm) donne une MEILLEURE résolution en longueur d'onde  : il étend une plage de longueurs d'onde donnée sur une plage angulaire plus large.
• L'arc-en-ciel coloré que vous voyez se refléter sur un CD ou un DVD est un comportement de réseau de diffraction  : les pistes de données rapprochées du disque agissent comme un réseau de réflexion. Expliquez pourquoi l'inclinaison d'un CD sous différents angles révèle différentes couleurs de manière plus vive.

• AP Physics 2 — Unit 14: Waves, Sound, and Physical Optics
• IB Physics — C.3 Wave phenomena
• General High School Physics — Light & optics
• NGSS High School Physics — Wave properties

1. Bienvenue dans la réseau
2. Sélectionnez la réseau
3. Appuyez sur Lecture
4. Ordres spectraux nets
5. Ouvrez le panneau des Propriétés
6. Bravo !

Ouvrez la simulation interactive pour construire la scène, appuyez sur Lecture et explorez avec des mesures en direct et un tutoriel guidé.

Ouvrir le laboratoire interactif →

Télécharger la fiche de laboratoire →

Interférence et diffraction