Diffraction à fente unique : un type de motif différent
1 · Prédire
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 ?
- 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.
2 · Configurer
- 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.
- Activer la lecture de la première position minimale.
- Réglez la largeur de la fente pour chaque essai et enregistrez la position de la première frange sombre (minimum).
3 · Collecter les Données
| Largeur de fente a (µm) | Première position minimale y (mm) |
|---|---|
| 20.00 | |
| 40.00 | |
| 60.00 |
Tracez la position du premier minimum y (axe des y) en fonction de 1/a (axe des x) pour vos trois essais.
4 · Analyser
- 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.
5 · Approfondir
- 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.
La physique derrière cette expérience
Minimum de première diffraction à fente unique
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.