Тест: Propagation d'ondes et interférences — 20 въпроса

1. Quelle affirmation décrit correctement une onde mécanique ?

A. Une vibration sinusoïdale associée à une seule fréquence

B. Une déformation de l’espace-temps qui se propage sans support

C. Une perturbation formée par un champ électrique et un champ magnétique

D. Une perturbation qui se propage grâce à un support matériel

Answer: (D)

Обяснение

Une onde mécanique a besoin d’un milieu matériel pour se propager, avec compression et dilatation du support. L’option sur les champs électrique et magnétique décrit une onde électromagnétique.

2. Pour une onde monochromatique de fréquence F0, quelle relation relie la pulsation et la fréquence ?

A. ω0 = 2πF0

B. ω0 = F0/2π

C. ω0 = 1/F0

D. ω0 = 2F0

Answer: (A)

Обяснение

La pulsation d’une onde monochromatique vaut ω0 = 2πF0. Cette relation exprime le lien direct entre fréquence et pulsation pour une vibration sinusoïdale.

3. Qu’est-ce qu’un nœud dans une onde stationnaire ?

A. Une position où l’amplitude de vibration est maximale

B. Une zone où la vitesse de propagation devient nulle

C. Une zone où l’onde change de fréquence

D. Une position où l’amplitude de vibration est nulle

Answer: (D)

Обяснение

Un nœud est un point de l’onde stationnaire où la grandeur vibratoire s’annule. À l’inverse, un ventre correspond à une amplitude maximale.

4. Dans un milieu homogène et isotrope sans déformation, comment est orientée la surface d’onde d’une onde monochromatique par rapport au vecteur d’onde ?

A. Elle est perpendiculaire au vecteur d’onde

B. Elle dépend uniquement de l’amplitude de l’onde

C. Elle est inclinée d’un angle fixe par rapport au vecteur d’onde

D. Elle est parallèle au vecteur d’onde

Answer: (A)

Обяснение

Les fronts d’onde sont des surfaces de même phase, et dans ce cas ils sont perpendiculaires à la direction de propagation. Le vecteur d’onde est donc normal à la surface d’onde.

5. Quelle expression donne la vitesse de phase d’une onde ?

A. vφ = ωk

B. vφ = ω/k

C. vφ = k/ω

D. vφ = ω + k

Answer: (B)

Обяснение

La vitesse de phase est définie par vφ = ω/k, c’est-à-dire la vitesse de déplacement d’un point de même phase. Ce n’est pas la vitesse de l’enveloppe d’un paquet d’ondes.

6. Dans un milieu non dispersif, quelle relation relie la vitesse de groupe et la vitesse de phase ?

A. vg < vφ

B. vg = vφ

C. vg > vφ

D. vg = 0

Answer: (B)

Обяснение

Dans un milieu non dispersif, la vitesse dépend peu de la fréquence, ce qui conduit à vg = vφ. La dispersion apparaît justement quand ces deux vitesses diffèrent.

7. Dans une onde plane progressive monochromatique électromagnétique, quelle relation d’orientation est correcte ?

A. Le champ électrique est parallèle à k et le champ magnétique est perpendiculaire à k

B. Le champ électrique est parallèle à k et le champ magnétique aussi

C. Le champ magnétique est parallèle à k et le champ électrique est nul

D. Le champ électrique et le champ magnétique sont tous deux perpendiculaires à k

Answer: (D)

Обяснение

Pour une OPPM électromagnétique, E et B sont tous deux orthogonaux au vecteur d’onde k. Ils forment avec la propagation un trièdre caractéristique.

8. Que représente le vecteur de Poynting ?

A. La distance entre deux fronts d’onde

B. Le flux d’énergie électromagnétique par unité de surface et de temps

C. La fréquence de l’onde électromagnétique

D. La vitesse de phase dans le vide

Answer: (B)

Обяснение

Le vecteur de Poynting décrit le flux d’énergie transporté par l’onde électromagnétique, orienté dans la direction de propagation. Il ne représente ni une fréquence ni une longueur d’onde.

9. Quelle expression donne le vecteur de Poynting dans le vide ?

A. Π = (1/ε0) E × B

B. Π = (1/μ0) E × B

C. Π = μ0 E · B

D. Π = E + B

Answer: (B)

Обяснение

Dans le vide, le vecteur de Poynting s’écrit Π = (1/μ0) E × B. Le produit vectoriel indique aussi que son orientation suit la direction du transport d’énergie.

10. Pourquoi l’intensité lumineuse détectée est-elle une moyenne temporelle ?

A. Parce que l’énergie lumineuse est toujours constante instantanément

B. Parce que la propagation n’a pas de direction privilégiée

C. Parce que le champ magnétique disparaît à l’échelle de la détection

D. Parce que la période de l’onde est beaucoup plus courte que le temps de réponse du détecteur

Answer: (D)

Обяснение

Le détecteur répond beaucoup plus lentement que les oscillations de l’onde, donc il mesure une valeur moyenne dans le temps. C’est pourquoi l’intensité détectée est notée Im = ⟨I⟩.

11. Dans un milieu où une onde lumineuse passe d’un indice plus faible vers un indice plus élevé, quel phénomène décrit le mieux la diminution de sa vitesse de propagation ?

A. La longueur d’onde devient indépendante du milieu

B. La vitesse de phase devient plus grande car l’indice augmente

C. La fréquence de l’onde diminue au passage de l’interface

D. La vitesse de propagation diminue car l’indice de réfraction augmente

Answer: (D)

Обяснение

L’indice de réfraction caractérise la propagation dans le milieu : quand il augmente, la vitesse de propagation diminue. La fréquence reste conservée lors du passage d’interface, contrairement à ce que suggère un distracteur.

12. Quelle relation exprime la conservation de l’énergie lors d’une interface réfléchissante et transmissive idéale ?

A. R = T

B. R - T = 1

C. R + T = 1

D. R × T = 1

Answer: (C)

Обяснение

Dans le modèle du cours, la conservation de l’énergie impose que la somme des coefficients en intensité de réflexion et de transmission vaut 1. Les autres relations ne traduisent pas cette conservation.

13. Dans un guide à saut d’indice, quelle condition favorise le confinement de l’onde dans le cœur ?

A. L’indice de la gaine est supérieur à celui du cœur

B. L’indice du cœur est supérieur à celui de la gaine

C. Le confinement ne dépend que de la fréquence

D. Le cœur et la gaine ont le même indice

Answer: (B)

Обяснение

Le guide à saut d’indice repose sur un cœur d’indice n1 plus grand que celui de la gaine n2, ce qui permet les réflexions totales internes. Si n2 était plus grand, le guidage serait compromis.

14. Que se passe-t-il lorsque l’angle d’incidence sur la paroi interne d’un guide dépasse l’angle critique ?

A. L’onde est absorbée par la paroi

B. L’onde change de fréquence dans le guide

C. L’onde est totalement réfractée hors du guide

D. L’onde subit une réflexion totale interne

Answer: (D)

Обяснение

Au-delà de l’angle critique, l’onde ne s’échappe plus dans le milieu moins réfringent et est entièrement réfléchie. C’est précisément le mécanisme de confinement du guide.

15. Pour deux ondes cohérentes qui interfèrent, quelle grandeur contrôle directement l’alternance des maxima et des minima d’intensité ?

A. La vitesse de phase de chacune des ondes

B. La distance parcourue par l’observateur

C. La différence de marche ou le déphasage entre les ondes

D. La seule amplitude de l’une des ondes

Answer: (C)

Обяснение

Les franges d’interférence dépendent du déphasage, donc de la différence de marche entre les deux ondes. L’amplitude intervient sur le contraste, mais pas sur la position des maxima et minima.

16. Dans le miroir de Lloyd, quel rôle joue le miroir dans la formation des interférences ?

A. Il supprime la cohérence entre les deux faisceaux

B. Il transforme l’interférence en diffraction

C. Il produit une source image qui interfère avec la source réelle

D. Il crée deux sources réelles indépendantes

Answer: (C)

Обяснение

Le miroir de Lloyd fait interférer le faisceau direct avec son reflet, comme si une source image se formait derrière le miroir. Cela revient à disposer de deux sources cohérentes, l’une réelle et l’autre fictive.

17. Dans les anneaux de Newton, quelle relation vérifie le rayon des franges sombres ?

A. r² = R(m - 1/2)λ

B. r² = Rmλ

C. r = mλ/R

D. r² = λ/(Rm)

Answer: (B)

Обяснение

Le cours donne pour les franges sombres la relation r_s² = R m λ. La relation avec m - 1/2 correspond, elle, aux franges claires.

18. Quel énoncé décrit correctement le rôle d’une lame compensatrice dans un interféromètre de Michelson ?

A. Elle égalise le nombre de traversées des rayons dans les deux bras

B. Elle augmente la longueur d’onde des faisceaux

C. Elle crée une différence de phase supplémentaire arbitraire

D. Elle remplace la lame séparatrice et supprime les interférences

Answer: (A)

Обяснение

La lame compensatrice sert à rendre symétriques les traversées des rayons dans les deux bras du Michelson. Elle ne crée pas à elle seule les franges, mais équilibre le trajet optique.

19. Quelle différence essentielle distingue la diffraction de Fresnel de celle de Fraunhofer ?

A. Fresnel correspond au champ proche, Fraunhofer au champ lointain

B. Fresnel ne concerne que les ondes mécaniques

C. Fraunhofer exige une source polychromatique

D. Fresnel s’applique seulement aux fentes rectangulaires

Answer: (A)

Обяснение

La diffraction de Fresnel décrit le champ proche, tandis que celle de Fraunhofer correspond au champ lointain où les variations de 1/r deviennent négligeables. C’est la distinction centrale entre les deux régimes.

20. Pour une fente rectangulaire, quelle forme prend l’enveloppe de diffraction de l’intensité ?

A. Une fonction exponentielle décroissante

B. Une alternance de créneaux réguliers

C. Une fonction linéaire en fonction de x'

D. Une fonction sinus cardinal au carré

Answer: (D)

Обяснение

Le cours indique qu’une ouverture rectangulaire donne une enveloppe en sinc², c’est-à-dire le sinus cardinal au carré. Cette enveloppe module ensuite les franges d’interférence éventuelles.