Programme de colle S18 : lundi 27 - vend 03 mars

Ondes chap.1 : ondes de d'Alembert (Cours)

- demander à un étudiant la démo de d'Alembert sur la corde vibrante
- NB : je fais ici le choix de ne pas faire apparaître les équations de couplage, je n'introduis donc pas la "projection verticale de la tension du brin de droite sur la brin de gauche"
- d'Alembert par coeur (1D seulement pour l'instant, pas laplacien), expression célérité par coeur
- savoir que phénomène décrit est forcément réversible
- savoir que célérité ondes varie comme raideur/inertie
- demander à un étudiant de retrouver ordre de grandeur du module d'Young à partir du modèle microscopique des chaînes d'atomes liés par des ressorts, l'ordre de grandeur des interactions atomiques étant connu
- demander à un étudiant démo ondes sonores dans solide (modèle continu tout de suite, pas de passage micro->macro et d'approximation continue "en cours de route")
- Corde libre et fixées à ses deux extrémités : savoir retrouver les modes par une méthode graphique uniquement (pour le moment)
- CHAPITRE PAS terminé

Optique ondul chap.4 : Michelson (Cours et exos)

- Point de vue perso, utilisé en cours : sur le schéma "réel" de l'interféromètre, les RL doivent être dessinés colinéaires aux axes des bras. Les angles entre RL et normales aux miroirs (pour calcul ddm) ne doivent être dessinés que sur les schémas équivalents
- deux types de schémas équivalents :
    -- celui avec une source "primaire" et les deux miroirs en lame d'air ou coin d'air
    -- celui avec deux sources secondaires cohérentes, les miroirs n'apparaissent plus
- à demander à un étudiant : calcul p(M) dans plan focal lentille CV de projection (avec les deux schémas équivalents possibles)
- à demander à un étudiant (ddm par coeur ici) exploitation expression ddm : allure figure interférence, ordre décroît quand on s'écarte du centre de l'écran, rayon des anneaux, faire rentrer les anneaux pour tendre vers le contact optique, que voit-on en lumière blanche ? + réglages des faisceaux !
- à demander à un étudiant : calcul ddm en coin d'air (en l'assimilant à lame d'air d'épaisseur variable), les RL arrivant avec une incidence normale sur le coin, puis exploitation : allure figure interférence, expression interfrange, écarter les franges pour approcher le contact optique, que voit-on en lumière blanche + réglages des faisceaux !

Cycle 2 de TP tournants d'optique : TP17 à 22

TP17 Michelson en coin d'air, mesure épaisseur lamelle de verre

- Enoncé à lire en entier (TP17_Michelson_coin.pdf)
- Vidéo à regarder en intégralité :
https://www.youtube.com/watch?v=WxUIiStThU0

 

TP18 LASER faisceau gaussien

- Enoncé à lire en entier (TP18_laser.pdf)
- Vidéo présentant la barrette CCD et le logiciel CALIENS :
https://www.youtube.com/watch?v=xEDBTcLxAUI
- Vidéo présentant le réglage du montage :
https://www.youtube.com/watch?v=Nxf7T7rOx0I

 

TP19 Polarisation par réflexion vitreuse + lunettes 3D

- Enoncé à lire en entier (TP19_Brewster_lunettes3D.pdf)
- Vidéo présentant le principe de la mesure :
https://www.youtube.com/watch?v=-W03r6mnBgo
- Vidéo pour la fin du TP :
https://www.youtube.com/watch?v=Vieo_GZLfdI

 

TP20 Michelson en lame d'air, spectrométrie de Fourier

- Enoncé à lire en entier (TP20_Michelson_anneaux.pdf)
- Vidéo à regarder en intégralité :
https://www.youtube.com/watch?v=WxUIiStThU0

 

TP21 Propagation d'onde dans un câble coaxial

- Enoncé à lire en entier (TP21_ondes_cablecoax.pdf)

 

TP22 Photorécepteurs

- Enoncé à lire en entier (TP22_photodetecteurs.pdf)

Programme de colle S17 : lundi 20 - vend 24 février

Optique ondul chap.4 : Michelson (Cours : partie significative)

- Point de vue utilisé en cours : sur le schéma "réel" de l'interféromètre, les RL doivent être dessinés colinéaires aux axes des bras. Les angles entre RL et normales aux miroirs (pour calcul ddm) ne doivent être dessinés que sur les schémas équivalents
- deux types de schémas équivalents :
    -- celui avec une source "primaire" et les deux miroirs en lame d'air ou coin d'air
    -- celui avec deux sources secondaires cohérentes, les miroirs n'apparaissent plus
- à demander à un.e étudiant.e : calcul p(M) dans plan focal lentille CV de projection (avec les deux schémas équival. possibles) + réglages des faisceaux incident et émergent !
- à demander à un.e étudiant.e (ddm par coeur ici) exploitation expression ddm : allure figure interférence, ordre décroît quand on s'écarte du centre de l'écran, rayon des anneaux, faire rentrer les anneaux pour tendre vers le contact optique, que voit-on en lumière blanche ?
- coin d'air PAS ENCORE traité
- vidéo illustrant le cours (présente également tous les réglages du Michelson) :
https://www.youtube.com/watch?v=WxUIiStThU0

 

Optique ondul chap.3 : Trous Young, élargissement spatial et spectral de la source (Cours et exos)

- TD sera fait mardi, mais on peut déjà poser des exos (bien guider)
- demander à un.e membre du trinôme : démo expression ordre p(M) trous Young dans conditions std, puis allure éclairement sur écran (numérotation des franges)
- demander à un.e membre du trinôme : démo expression ordre p(M) trous Young dans conditions Fraunhofer
- Effet de l'introduction d'une lame de verre
- la généralisation au cas des fentes est issue de l'observation expérimentale, aucun élément théorique exigible à ce sujet (pas d'onde plane, u.S1S2 etc.)
- Comparaison avec l'expérience : enveloppe de diffraction (différence trous / fentes)
- effet déplacement spatial de la source (calcul), en déduire dépendance éclairement avec distance entre deux sources dans cas doublet, puis démo qualitative du critère de brouillage des franges pour source étendue.
Ce critère sur Δp (à définir précisément) doit pouvoir être énoncé par coeur
- cas du doublet spectral (proche), justification qualitative (ou quantitative) des battements spatiaux de l'éclairement. Enoncer, par analogie avec le cas de l'extension spatiale, le critère sur Δp (à définir précisément) traduisant brouillage des franges dans le cas d'une raie de faible largeur

Signification/définition de "Δp" doit être maîtrisée dans cas spatial et spectral

- cas lumière blanche : prédire nombre de franges visibles (environ 2 de chaque côté de la frange achromatique), notion de spectre cannelé, en un point de l'écran -> dénombrement cannelures et valeurs des longueur d'ondes éteintes
- réseau plan : expression ddm, montage expérimental (conditions Fraunhofer), minimum de déviation

 

Optique ondul chap.2 : Superposition d'ondes (Cours)

 

Optique ondul chap.1 : Modèle scalaire (Cours)

TPcours 16 : Polarisation

- Enoncé (TP16_cours_polarisation.pdf)

- Site avec des animations pour visualiser les polarisations rectilignes, circulaires, elliptiques :
https://culturesciencesphysique.ens-lyon.fr/ressource/sim...

- Vidéo de manip à visionner avant la séance :
https://www.youtube.com/watch?v=sqr8kiJN520

TP 15 : Goniomètre à réseau

- Enoncé (TP15_optique_reseaux.pdf)

Optique Ondul : chap.1 à 3

- Chap.1 : modèle scalaire, chemin optique (Optique_chap1_nature_ondul.pdf)

- Chap.2 : Conditions interférences à 2 ondes, et à N ondes (Optique_chap2_interfces_2ondes.pdf)
paragraphe 3.2 reformulé (utile pour retravailler cette partie du cours)

- Chap.3 : Trous, fentes Young, réseau (Optique_chap3_Young.pdf)

- TD associé (Optique_chap3_Young_TD.pdf)
Exos 1 et 3 à préparer pour mardi 31/01

Programme de colle S16 : lundi 30 - vend 03 février

Optique ondul chap.3 : Trous Young, élargissement spatial et spectral de la source (Cours et exos)

- TD sera fait mardi, mais on peut déjà poser des exos (bien guider)
- demander à un.e membre du trinôme : démo expression ordre p(M) trous Young dans conditions std, puis allure éclairement sur écran (numérotation des franges)
- demander à un.e membre du trinôme : démo expression ordre p(M) trous Young dans conditions Fraunhofer
- Effet de l'introduction d'une lame de verre
- la généralisation au cas des fentes est issue de l'observation expérimentale, aucun élément théorique exigible à ce sujet (pas d'onde plane, u.S1S2 etc.)
- Comparaison avec l'expérience : enveloppe de diffraction (différence trous / fentes)
- effet déplacement spatial de la source (calcul), en déduire dépendance éclairement avec distance entre deux sources dans cas doublet, puis démo qualitative du critère de brouillage des franges pour source étendue.
Ce critère sur Δp (à définir précisément) doit pouvoir être énoncé par coeur
- cas du doublet spectral (proche), justification qualitative (ou quantitative) des battements spatiaux de l'éclairement. Enoncer, par analogie avec le cas de l'extension spatiale, le critère sur Δp (à définir précisément) traduisant brouillage des franges dans le cas d'une raie de faible largeur

Signification/définition de "Δp" doit être maîtrisée dans cas spatial et spectral

- cas lumière blanche : PAS ENCORE traité
- réseau plan : PAS ENCORE traité

 

Optique ondul chap.2 : Superposition d'ondes (Cours)

- demander à un(e) étudiant(e) de refaire la démo mettant en évidence les différentes conditions nécessaires à la réalisation d'interférences (avec énoncé)
- ils doivent aussi pouvoir les énoncer par coeur
- attention aux pb de vocabulaire : DeltaPhi = "différence de retard de phase" (au point M ? en S à l'émission ?)

Pour deux ondes :
- ddm, ordre d'interférences
- demander à un(e) étudiant(e) d'établir la formule de Fresnel avec les complexes (en supposant donc les deux sources cohérentes), après que la cohérence des deux sources (secondaires nécessairement) a été affirmée
- critère milieu frange brillante, milieu frange sombre
- Pour N ondes avec ddm en progression arithmétique : Fresnel n'est plus au programme, calcul math à la place (avec énoncé détaillé)

 

Optique ondul chap.1 : Modèle scalaire (Cours)

- écriture math d'une onde monochromatique (ne pas porter son attention sur l'amplitude, uniquement sur la phase), vocabulaire "retard de phase"
- interroger au moins un(e) étudiant(e) sur la notion de train d'onde : sinus limité dans le temps, retard de phase à l'émission est aléatoirement distribué, pas de corrélation avec le train suivant. Lien en odg avec largeur pic en fréquence
- train d'onde = modèle pour source quasi-monochromatique (raie), mais peut-être utilisé pour des raisonnements qualitatifs (ou d'odg) dans le cas de spectres larges
- Déf éclairement, pourquoi un carré ? pourquoi une moyenne ? (se contenter d'une comparaison entre temps caractéristique, notion filtrage passe-bas)
- cohérence spatiale n'est pas au programme, il s'agit juste de savoir que deux points d'une source émettent des trains d'onde dont les retards de phase n'ont aucun lien entre eux
- Définition chemin optique à partir de la durée propagation (c'est son intérêt fondamental, l'expression fonction de indice et distance a été dém ensuite)
- expression chemin optique en fonction distance parcourue dans milieu homogène (le cas général, indice non-uniforme a été vu, mais pas essentiel)
- expression donnant l'évolution du retard de phase au cours de la propagation en fonction du chemin optique (par coeur, éventuellement démo, mais pas essentiel)
- Th. Malus (admis) à énoncer en précisant bien qu'il ne faut pas de diffraction "en route"
- traduction du stigmatisme en optique ondulatoire

 

EMag chap.8 : Induction (Cours et exos)

- révisions PCSI
- ARQS magnétique : MAmpère comme en statique, puis validité loi des noeuds
- demander à un(e) étudiant(e) la démo justifiant de négliger le courant de déplacement
- Attention : seule la version de Faraday de PCSI est au programme de spé (i.e. flux à travers une surface délimitée par un circuit filiforme). Un contour de Faraday immatériel n'est pas explicitement au programme
- les courants de Foucault n'ont donc pas été traités
- Coeff d'inductance : définition et intérêt, L dans cas solénoïde, énergie magnétique (bobine seule, et bobines couplées)
- (la demo de l'expression du couple de Laplace sur cadre rectangulaire est HPgm de colle)

EMag chap.8 : ARQS et induction (à travailler à la maison)

- Cours pdf (Electromag_chap8_ARQS_induction.pdf)

- Fichier manuscrit : Electromag_chap8_ARQS_induction_manuscrit.pdf

- Liens vers les vidéos :
partie 1 ARQS : https://www.youtube.com/watch?v=nZ2GuqaXkEc
partie 2 Loi Faraday : https://www.youtube.com/watch?v=0qkvUuveEuQ
partie 3 coeff d'inductance (en deux vidéos, suite à erreur manipulation) :
https://www.youtube.com/watch?v=-ACgv8QW5vQ
https://www.youtube.com/watch?v=LlQb3MNsrfE

- Corrections des paragraphes 2.3, 2.4, 3.8 et 4.1 :
corrigé (Electromag_chap8_ARQS_induction_manuscrit_corrige.pdf)

 

- TD associé (Electromag_chap8_ARQS_induction_TD.pdf)
Exos 1 et 2 à traiter pour mardi 24/01

Programme de colle S15 : lundi 23 - vend 27 janvier

Optique ondul chap.2 : Superposition d'ondes (Cours)

- demander à un(e) étudiant(e) de refaire la démo mettant en évidence les différentes conditions nécessaires à la réalisation d'interférences (avec énoncé)
- ils doivent aussi pouvoir les énoncer par coeur
- attention aux pb de vocabulaire : DeltaPhi = "différence de retard de phase", au point M ou à l'émission ?
Pour deux ondes :
- ddm, ordre d'interférences
- demander à un(e) étudiant(e) d'établir la formule de Fresnel avec les complexes (en supposant donc les deux sources cohérentes), après que la cohérence des deux sources (secondaires nécessairement) a été affirmée
- critère milieu frange brillante, milieu frange sombre
- Pour N ondes avec ddm en progression arithmétique : Fresnel n'est plus au programme, calcul math à la place (avec énoncé détaillé)

 

Optique ondul chap.1 : Modèle scalaire (Cours)

- écriture math d'une onde monochromatique (ne pas porter son attention sur l'amplitude, uniquement sur la phase), vocabulaire "retard de phase"
- interroger au moins un(e) étudiant(e) sur la notion de train d'onde : sinus limité dans le temps, retard de phase à l'émission est aléatoirement distribué, pas de corrélation avec le train suivant. Lien en odg avec largeur pic en fréquence
- train d'onde = modèle pour source quasi-monochromatique (raie), mais peut-être utilisé pour des raisonnements qualitatifs (ou d'odg) dans le cas de spectres larges
- Déf éclairement, pourquoi un carré ? pourquoi une moyenne ? (se contenter d'une comparaison entre temps caractéristique, notion filtrage passe-bas)
- cohérence spatiale n'est pas au programme, il s'agit juste de savoir que deux points d'une source émettent des trains d'onde dont les retards de phase n'ont aucun lien entre eux
- Définition chemin optique à partir de la durée propagation (c'est son intérêt fondamental, l'expression fonction de indice et distance a été dém ensuite)
- expression chemin optique en fonction distance parcourue dans milieu homogène (le cas général, indice non-uniforme a été vu, mais pas essentiel)
- expression donnant l'évolution du retard de phase au cours de la propagation en fonction du chemin optique (par coeur, éventuellement démo, mais pas essentiel)
- Th. Malus (admis) à énoncer en précisant bien qu'il ne faut pas de diffraction "en route"
- traduction du stigmatisme en optique ondulatoire

 

EMag chap.8 : Induction (Cours et exos)

- révisions PCSI
- ARQS magnétique : MAmpère comme en statique, puis validité loi des noeuds
- demander à un(e) étudiant(e) la démo justifiant de négliger le courant de déplacement
- Attention : seule la version de Faraday de PCSI est au programme de spé (i.e. flux à travers une surface délimitée par un circuit filiforme). Un contour de Faraday immatériel n'est pas explicitement au programme
- les courants de Foucault n'ont donc pas été traités
- Coeff d'inductance : définition et intérêt, L dans cas solénoïde, énergie magnétique (bobine seule, et bobines couplées)
- (la demo de l'expression du couple de Laplace sur cadre rectangulaire est HPgm de colle)

 

EMag chap.7 : Magnétostatique (Exos)

- Déterminations de B avec Ampère, nbeux exemples traités
- rappel : courant 2D hors programme, donc donner suffisamment d'indications si apparaissent dans un exo
- dipôle magnétostatique
- Forcément poser à un(e) étudiant(e) le calcul du rapport gyromagnétique (atome H cas classique)
- ordre de grandeur par analyse dim : magnéton Bohr
- moment magnétique volumique max d'un aimant, actions subies par un dipôle placé dans champ ext (formules doivent être données, l'effet du couple doit pouvoir être justifié via la formule)

 

EMag chap.6 (un seul élément du cours)

- Forcément poser à un(e) étudiant(e) le calcul énergie électrostatique du noyau

EMag chap.6 (fin) : Energie EStat du noyau

- Fichier manuscrit (Electromag_chap6_noyau_manuscrit.pdf)

- Lien de la vidéo associée : https://www.youtube.com/watch?v=bTq-mN_VyqY

NB : ce n'est pas à travailler tout de suite, les révisions d'induction sont très prioritaires. A travailler durant le prochain we, ce sera au programme de colle de la semaine prochaine.