Quiz: Optique géométrique — 26 domande

1. Lorsqu’une onde lumineuse passe dans un milieu plus réfringent, quelles grandeurs restent inchangées ?

A. La vitesse et la fréquence

B. La longueur d’onde et la période

C. La vitesse et la longueur d’onde

D. La fréquence et la période

Answer: (D)

Spiegazione

La fréquence et la période ne dépendent pas du milieu traversé, tandis que la vitesse et la longueur d’onde diminuent dans un milieu plus réfringent.

2. Un rayon lumineux passe d’un milieu d’indice élevé à un milieu d’indice plus faible. Comment évolue-t-il par rapport à la normale ?

A. Il reste parallèle à la normale

B. Il se rapproche de la normale

C. Il s’éloigne de la normale

D. Il change de direction sans effet sur son angle

Answer: (C)

Spiegazione

Lorsqu’un rayon passe dans un milieu moins réfringent, il s’éloigne de la normale. Le rapprochement de la normale se produit lors du passage vers un milieu plus réfringent.

3. Quelle relation permet de calculer les angles d’incidence et de réfraction à l’interface entre deux milieux d’indices n₁ et n₂ ?

A. n₁ i₁ = n₂ i₂

B. n₁ sin i₁ = n₂ sin i₂

C. n₁ cos i₁ = n₂ cos i₂

D. sin i₁ + sin i₂ = n₁n₂

Answer: (B)

Spiegazione

La loi de Snell-Descartes s’écrit n₁ sin i₁ = n₂ sin i₂. Elle relie les angles mesurés par rapport à la normale et les indices des deux milieux.

4. Dans quelle situation une réflexion totale peut-elle se produire ?

A. Lors d’une réflexion sur une surface parfaitement absorbante

B. Lors du passage entre deux milieux de même indice

C. Lors du passage d’un milieu plus réfringent vers un milieu moins réfringent

D. Lors du passage d’un milieu moins réfringent vers un milieu plus réfringent

Answer: (C)

Spiegazione

La réflexion totale est possible uniquement lorsque la lumière passe d’un milieu plus réfringent vers un milieu moins réfringent, sous une incidence suffisamment grande.

5. Qu’est-ce qu’un dioptre sphérique ?

A. Une lentille constituée de deux surfaces planes

B. Une surface sphérique séparant deux milieux d’indices différents

C. Un miroir sphérique séparant deux milieux identiques

D. Une surface plane séparant deux faisceaux lumineux

Answer: (B)

Spiegazione

Un dioptre sphérique est une surface sphérique qui sépare deux milieux ayant des indices de réfraction différents.

6. Avec la convention indiquée, comment reconnaît-on un dioptre sphérique concave ou convexe ?

A. Il est concave si SC̅ < 0 et convexe si SC̅ > 0

B. Il est concave si SC̅ = 0 et convexe si SC̅ > 0

C. Il est concave si SC̅ > 0 et convexe si SC̅ < 0

D. Il est concave si SC̅ > 0 et convexe si SC̅ = 0

Answer: (A)

Spiegazione

Avec cette convention, un dioptre est concave lorsque la distance orientée SC̅ est négative et convexe lorsqu’elle est positive.

7. Quelle expression donne la vergence V d’un dioptre sphérique ?

A. V = (n₂ − n₁)/SC̅

B. V = (n₁ + n₂)SC̅

C. V = SC̅/(n₂ − n₁)

D. V = n₁n₂/SC̅

Answer: (A)

Spiegazione

La vergence est donnée par V = (n₂ − n₁)/SC̅, également égale à −n₁/ SF̅ et à n₂/ SF̅′ selon les foyers du dioptre.

8. Un dioptre possède une vergence négative. Quelle est sa nature optique ?

A. Il est nécessairement plan

B. Il est nécessairement réfléchissant

C. Il est divergent

D. Il est convergent

Answer: (C)

Spiegazione

Une vergence positive caractérise un système convergent, tandis qu’une vergence négative caractérise un système divergent.

9. Quelle est la formule de conjugaison d’un dioptre sphérique, avec l’origine au sommet ?

A. 1/SA̅′ − 1/SA̅ = 1/SC̅

B. n₁/SA̅′ − n₂/SA̅ = (n₁ + n₂)/SC̅

C. n₂/SA̅′ − n₁/SA̅ = (n₂ − n₁)/SC̅

D. SA̅′ − SA̅ = (n₂ − n₁)SC̅

Answer: (C)

Spiegazione

La relation de conjugaison est n₂/SA̅′ − n₁/SA̅ = (n₂ − n₁)/SC̅. Elle fait intervenir les indices des deux milieux, contrairement à la relation d’une lentille mince dans l’air.

10. Quel objet correspond à la définition du foyer objet d’un dioptre sphérique ?

A. Un objet dont l’image a un grandissement nul

B. Un objet placé à l’infini dont l’image est réelle

C. Un objet dont l’image est située au sommet

D. Un objet dont l’image est rejetée à l’infini

Answer: (D)

Spiegazione

Le foyer objet est le point objet dont l’image par le système est rejetée à l’infini. Le foyer image correspond, lui, au comportement de rayons incidents parallèles à l’axe.

11. Comment définir le foyer image d’un dioptre sphérique ?

A. Le point où la fréquence lumineuse devient constante

B. Le point où se réfléchissent les rayons incidents obliques

C. Le point objet donnant une image au sommet

D. Le point où convergent, ou semblent provenir, les rayons émergents issus de rayons incidents parallèles à l’axe

Answer: (D)

Spiegazione

Le foyer image est le point de convergence, ou le point d’où semblent provenir, des rayons émergents correspondant à des rayons incidents parallèles à l’axe optique.

12. Comment l’image d’un point est-elle formée par un dioptre plan ?

A. Par dispersion, à l’intersection de deux normales

B. Par réfraction, sur la normale au dioptre passant par le point

C. Par diffraction, dans une direction parallèle au dioptre

D. Par réflexion, sur la normale au dioptre passant par le point

Answer: (B)

Spiegazione

Un dioptre plan forme l’image d’un point par réfraction, et cette image se trouve sur la normale au dioptre passant par le point. La réflexion caractérise plutôt le miroir plan.

13. Pour un dioptre plan séparant deux milieux d’indices n₁ et n₂, quelle relation relie les distances orientées de l’objet et de son image ?

A. \(n_1\overline{SA}=n_2\overline{SA'}\)

B. \(\frac{n_1}{\overline{SA}}=\frac{n_2}{\overline{SA'}}\)

C. \(\frac{1}{\overline{SA}}+\frac{1}{\overline{SA'}}=n_1+n_2\)

D. \(\frac{n_1}{\overline{SA'}}=\frac{n_2}{\overline{SA}}\)

Answer: (B)

Spiegazione

La relation de conjugaison d’un dioptre plan est \(\frac{n_1}{\overline{SA}}=\frac{n_2}{\overline{SA'}}\). Elle tient compte des indices des deux milieux et des distances orientées.

14. Quelle caractéristique définit une lentille mince ?

A. Son épaisseur est comparable aux distances focales étudiées

B. Elle possède une seule surface réfringente et aucun foyer

C. Elle fonctionne uniquement par réflexion sur ses deux faces

D. Son épaisseur est négligeable devant les rayons de courbure et les distances étudiées

Answer: (D)

Spiegazione

Une lentille est dite mince lorsque son épaisseur peut être négligée devant les rayons de courbure et les distances considérées. Elle se distingue ainsi d’un simple dioptre sphérique.

15. Quelle formule donne la conjugaison d’une lentille mince ?

A. \(-\frac{1}{\overline{SA'}}+\frac{1}{\overline{SF'}}=\frac{1}{\overline{SA}}\)

B. \(-\frac{1}{\overline{SA}}+\frac{1}{\overline{SA'}}=\frac{1}{\overline{SF'}}\)

C. \(\frac{n_1}{\overline{SA}}=\frac{n_2}{\overline{SA'}}\)

D. \(\frac{1}{\overline{SA}}+\frac{1}{\overline{SA'}}=\overline{SF'}\)

Answer: (B)

Spiegazione

La relation de conjugaison d’une lentille mince est \(-\frac{1}{\overline{SA}}+\frac{1}{\overline{SA'}}=\frac{1}{\overline{SF'}}\). Contrairement à celle d’un dioptre sphérique, elle ne fait pas intervenir directement deux indices réfractifs.

16. Une lentille mince possède une distance focale image de 0,20 m. Quelle est sa vergence ?

A. −5 dioptries

B. −0,20 dioptrie

C. +5 dioptries

D. +0,20 dioptrie

Answer: (C)

Spiegazione

La vergence vaut \(V=1/f'\), avec \(f'\) exprimée en mètres. Ainsi, \(V=1/0,20=+5\) dioptries.

17. Quelle association entre vergence et foyers caractérise une lentille convergente ?

A. Vergence négative, avec un foyer objet réel et un foyer image virtuel

B. Vergence positive, avec un foyer objet réel et un foyer image réel

C. Vergence nulle, avec un foyer objet réel et un foyer image réel

D. Vergence positive, avec deux foyers virtuels

Answer: (B)

Spiegazione

Une lentille convergente a une vergence positive et possède des foyers réel objet et réel image. Une lentille divergente a une vergence négative et des foyers virtuels.

18. Deux lentilles minces accolées ont pour vergences respectives +3 dioptries et −1 dioptrie. Quelle est la vergence de leur association ?

A. +3 dioptries

B. +4 dioptries

C. −2 dioptries

D. +2 dioptries

Answer: (D)

Spiegazione

Pour des lentilles accolées, les vergences s’additionnent : \(V_{eq}=V_1+V_2=3-1=+2\) dioptries. La lentille équivalente est donc convergente.

19. Que peut produire l’association de deux lentilles accolées, l’une convergente et l’autre divergente ?

A. Une vergence équivalente déterminée uniquement par la lentille convergente

B. Une vergence équivalente positive, nulle ou négative

C. Une vergence équivalente nécessairement nulle

D. Une vergence équivalente nécessairement positive

Answer: (B)

Spiegazione

La somme d’une vergence positive et d’une vergence négative peut être positive, nulle ou négative selon leurs valeurs. L’association peut donc être convergente, afocale ou divergente.

20. Comment détermine-t-on l’image finale d’une association de deux lentilles séparées ?

A. On calcule l’image de la première, puis on utilise cette image comme objet pour la seconde

B. On traite les deux lentilles comme une seule surface réfringente

C. On calcule d’abord l’image de la seconde, puis on l’utilise comme objet pour la première

D. On additionne directement les vergences des deux lentilles, sans tenir compte de leur séparation

Answer: (A)

Spiegazione

Pour des lentilles séparées, l’image intermédiaire produite par la première lentille sert d’objet à la seconde. On calcule ensuite l’image définitive formée par cette deuxième lentille.

21. Quelle description caractérise un miroir sphérique ?

A. Une portion de surface sphérique réfléchissante définie par un sommet S, un centre C et un foyer F

B. Une portion de surface sphérique transparente définie par un sommet S, un centre C et un foyer F

C. Une surface plane réfléchissante définie par un sommet S, un centre C et un foyer F

D. Une surface cylindrique réfléchissante définie par un sommet S, un centre C et un foyer F

Answer: (A)

Spiegazione

Un miroir sphérique est une portion de surface sphérique réfléchissante caractérisée par son sommet S, son centre de courbure C et son foyer F.

22. Quelle comparaison entre les miroirs concave et convexe est correcte ?

A. Les deux miroirs sont divergents quelle que soit leur forme

B. Le miroir concave est convergent et le miroir convexe est divergent

C. Le miroir concave est divergent et le miroir convexe est convergent

D. Les deux miroirs sont convergents quelle que soit leur forme

Answer: (B)

Spiegazione

Un miroir concave fait converger les rayons réfléchis, tandis qu’un miroir convexe les fait diverger.

23. Un miroir sphérique a une distance orientée SC de 40 cm entre son sommet et son centre de courbure. Où se situe son foyer par rapport au sommet ?

A. À 40 cm du sommet, au niveau du centre de courbure

B. À 10 cm du sommet, soit au quart du segment reliant S à C

C. À 20 cm du sommet, au milieu du segment reliant S à C

D. À 80 cm du sommet, au-delà du centre de courbure

Answer: (C)

Spiegazione

Le foyer se situe au milieu du segment SC, selon la relation SF = SC/2. Pour SC = 40 cm, on obtient SF = 20 cm.

24. Que devient un rayon incident parallèle à l’axe optique après réflexion sur un miroir concave ?

A. Il se réfléchit parallèlement à l’axe, dans la même direction

B. Il se réfléchit en passant par le centre de courbure

C. Il revient exactement sur son trajet incident

D. Il se réfléchit en passant par le foyer

Answer: (D)

Spiegazione

Pour un miroir concave, un rayon parallèle à l’axe optique se réfléchit en passant par le foyer. Le rayon passant par le centre de courbure, lui, se réfléchit sur lui-même.

25. Quelles propriétés caractérisent l’image donnée par un miroir plan pour un objet réel ?

A. Elle est réelle, renversée, réduite et située devant le miroir

B. Elle est virtuelle, renversée, agrandie et située sur le miroir

C. Elle est réelle, droite, de même taille que l’objet et symétrique derrière le miroir

D. Elle est virtuelle, droite, de même taille que l’objet et symétrique derrière le miroir

Answer: (D)

Spiegazione

Un miroir plan forme une image virtuelle et droite, de même taille que l’objet, située symétriquement derrière le miroir.

26. Quelle affirmation décrit correctement le grandissement transversal et la propriété optique d’un miroir plan ?

A. Son grandissement transversal vaut 0 et il est astigmatique

B. Son grandissement transversal vaut -1 et il est rigoureusement stigmatique

C. Son grandissement transversal vaut 1 et il est rigoureusement stigmatique

D. Son grandissement transversal varie avec la distance et il est astigmatique

Answer: (C)

Spiegazione

Un miroir plan est rigoureusement stigmatique et son grandissement transversal vaut 1. Cette valeur concerne le grandissement transversal, et non nécessairement le grandissement axial.