Optique

Diffraction par une fente

Une fente unique étale la lumière en un large maximum central avec des lobes latéraux plus faibles  ; la première bande sombre est à a·sinθ = λ.

Diffraction par une fente — simulation interactive de Optique. Une fente unique étale la lumière en un large maximum central avec des lobes latéraux plus faibles  ; la première bande sombre est à a·sinθ = λ. Laboratoire virtuel de physique gratuit dans le navigateur, avec mesures SI en direct et tutoriel guidé.

Diffraction par une fente unique

Une fente unique étale la lumière en un large maximum central avec des lobes secondaires plus faibles  ; la première bande sombre est à a·sinθ = λ.

Une ouverture unique diffracte la lumière en un motif en forme de sinus cardinal. La première frange sombre apparaît lorsque a sin θ = λ, ce qui fixe la largeur angulaire du lobe central. Des fentes plus étroites élargissent le motif — limite de la résolution optique et fondement des réseaux de diffraction.

• Diffraction de fente simple a sans θ = mλ
• Maximum central large

Mémoire d'enquête

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 de conduite

La lumière passant à travers une SEULE fente étroite se propage également selon un motif sur un écran (diffraction), avec une bande centrale lumineuse flanquée de franges plus sombres. Une fente plus large répartit-elle plus ou moins ce motif de diffraction qu’une fente plus étroite ?

Des pronostics à peser

• Moins  : une fente plus large produit un diagramme de diffraction plus étroit et plus étroitement confiné.
• Une fente plus large répartit davantage le motif.
• La largeur de la fente n'affecte pas la propagation du motif de diffraction.

Rôles variables

Ce que vous définissez  :

• Largeur de fente a (µm)

Ce que vous mesurez  :

• Première position minimale y (mm)

Comment se déroule l'enquête

1. Ouvrez le préréglage à fente unique et appuyez sur Réinitialiser. La longueur d'onde de la lumière est 550 nm  ; l'écran se trouve à 100 cm de la fente.
2. Activer la lecture de la première position minimale.
3. Réglez la largeur de la fente pour chaque essai et enregistrez la position de la première frange sombre (minimum).

Équation gouvernante

Minimum de première diffraction à fente unique — a·sinθ = mλ

Une seule fente de largeur a produit sa première frange sombre (minimum) à l'angle/position y = λL/a sur un écran à distance L — la MÊME forme de formule que l'espacement des franges à double fente, mais régie par la propre largeur de la fente plutôt que par une séparation entre deux fentes.

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

• Pour un essai, calculez y = λL/a en utilisant λ = 550 nm, L = 100 cm (en convertissant les unités pour obtenir y en mm — c'est la position de la PREMIÈRE frange sombre, m = 1). Comparez avec le tableau.
• Comparez la forme de cette formule à la formule de frange à double fente, mais notez qu'elle utilise la LARGEUR de la fente unique a plutôt qu'une séparation entre deux fentes. Expliquez pourquoi une fente unique plus étroite produit un diagramme de diffraction central PLUS LARGE — contrairement à l'intuition, mais cohérent avec la même mise à l'échelle 1/largeur.

Où cela apparaît au-delà du laboratoire

• Cette même physique (des ouvertures plus étroites diffractent davantage la lumière) fixe une limite fondamentale à la précision avec laquelle un objectif ou un télescope peut focaliser ou résoudre des détails fins – la limite de diffraction. Expliquez pourquoi une plus grande ouverture du télescope (comme l'espacement plus large de la double fente) donne un pouvoir de résolution plus net, pas plus flou.
• Le diagramme de diffraction d'une fente unique comporte une bande centrale brillante avec des bandes latérales progressivement plus sombres  ; le motif d'interférence d'une double fente présente de nombreuses franges lumineuses rapprochées de luminosité similaire, toutes situées dans une enveloppe de diffraction à fente unique plus large. Expliquez pourquoi une véritable expérience à double fente (avec des fentes de largeur non nulle) montre en réalité les DEUX effets combinés.

• 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 fente unique
2. Sélectionnez la fente
3. Appuyez sur Lecture
4. Maximum central large
5. Ouvrez l'Inspecteur
6. Bravo !

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

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Télécharger la fiche de laboratoire →

Interférence et diffraction