Quiz: Optique géométrique — 26 perguntas

Perguntas e respostas detalhadas

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

La vitesse et la fréquence
La longueur d’onde et la période
La vitesse et la longueur d’onde
La fréquence et la période

La fréquence et la période

Explicação

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 ?

Il reste parallèle à la normale
Il se rapproche de la normale
Il s’éloigne de la normale
Il change de direction sans effet sur son angle

Il s’éloigne de la normale

Explicação

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 ?

n₁ i₁ = n₂ i₂
n₁ sin i₁ = n₂ sin i₂
n₁ cos i₁ = n₂ cos i₂
sin i₁ + sin i₂ = n₁n₂

n₁ sin i₁ = n₂ sin i₂

Explicação

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 ?

Lors d’une réflexion sur une surface parfaitement absorbante
Lors du passage entre deux milieux de même indice
Lors du passage d’un milieu plus réfringent vers un milieu moins réfringent
Lors du passage d’un milieu moins réfringent vers un milieu plus réfringent

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

Explicação

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 ?

Une lentille constituée de deux surfaces planes
Une surface sphérique séparant deux milieux d’indices différents
Un miroir sphérique séparant deux milieux identiques
Une surface plane séparant deux faisceaux lumineux

Une surface sphérique séparant deux milieux d’indices différents

Explicação

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 ?

Il est concave si SC̅ < 0 et convexe si SC̅ > 0
Il est concave si SC̅ = 0 et convexe si SC̅ > 0
Il est concave si SC̅ > 0 et convexe si SC̅ < 0
Il est concave si SC̅ > 0 et convexe si SC̅ = 0

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

Explicação

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 ?

V = (n₂ − n₁)/SC̅
V = (n₁ + n₂)SC̅
V = SC̅/(n₂ − n₁)
V = n₁n₂/SC̅

V = (n₂ − n₁)/SC̅

Explicação

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 ?

Il est nécessairement plan
Il est nécessairement réfléchissant
Il est divergent
Il est convergent

Il est divergent

Explicação

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 ?

1/SA̅′ − 1/SA̅ = 1/SC̅
n₁/SA̅′ − n₂/SA̅ = (n₁ + n₂)/SC̅
n₂/SA̅′ − n₁/SA̅ = (n₂ − n₁)/SC̅
SA̅′ − SA̅ = (n₂ − n₁)SC̅

n₂/SA̅′ − n₁/SA̅ = (n₂ − n₁)/SC̅

Explicação

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 ?

Un objet dont l’image a un grandissement nul
Un objet placé à l’infini dont l’image est réelle
Un objet dont l’image est située au sommet
Un objet dont l’image est rejetée à l’infini

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

Explicação

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 ?

Le point où la fréquence lumineuse devient constante
Le point où se réfléchissent les rayons incidents obliques
Le point objet donnant une image au sommet
Le point où convergent, ou semblent provenir, les rayons émergents issus de rayons incidents parallèles à l’axe

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

Explicação

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 ?

Par dispersion, à l’intersection de deux normales
Par réfraction, sur la normale au dioptre passant par le point
Par diffraction, dans une direction parallèle au dioptre
Par réflexion, sur la normale au dioptre passant par le point

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

Explicação

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 ?

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

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

Explicação

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 ?

Son épaisseur est comparable aux distances focales étudiées
Elle possède une seule surface réfringente et aucun foyer
Elle fonctionne uniquement par réflexion sur ses deux faces
Son épaisseur est négligeable devant les rayons de courbure et les distances étudiées

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

Explicação

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 ?

\(-\frac{1}{\overline{SA'}}+\frac{1}{\overline{SF'}}=\frac{1}{\overline{SA}}\)
\(-\frac{1}{\overline{SA}}+\frac{1}{\overline{SA'}}=\frac{1}{\overline{SF'}}\)
\(\frac{n_1}{\overline{SA}}=\frac{n_2}{\overline{SA'}}\)
\(\frac{1}{\overline{SA}}+\frac{1}{\overline{SA'}}=\overline{SF'}\)

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

Explicação

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 ?

−5 dioptries
−0,20 dioptrie
+5 dioptries
+0,20 dioptrie

+5 dioptries

Explicação

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 ?

Vergence négative, avec un foyer objet réel et un foyer image virtuel
Vergence positive, avec un foyer objet réel et un foyer image réel
Vergence nulle, avec un foyer objet réel et un foyer image réel
Vergence positive, avec deux foyers virtuels

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

Explicação

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 ?

+3 dioptries
+4 dioptries
−2 dioptries
+2 dioptries

+2 dioptries

Explicação

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 ?

Une vergence équivalente déterminée uniquement par la lentille convergente
Une vergence équivalente positive, nulle ou négative
Une vergence équivalente nécessairement nulle
Une vergence équivalente nécessairement positive

Une vergence équivalente positive, nulle ou négative

Explicação

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 ?

On calcule l’image de la première, puis on utilise cette image comme objet pour la seconde
On traite les deux lentilles comme une seule surface réfringente
On calcule d’abord l’image de la seconde, puis on l’utilise comme objet pour la première
On additionne directement les vergences des deux lentilles, sans tenir compte de leur séparation

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

Explicação

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 ?

Une portion de surface sphérique réfléchissante définie par un sommet S, un centre C et un foyer F
Une portion de surface sphérique transparente définie par un sommet S, un centre C et un foyer F
Une surface plane réfléchissante définie par un sommet S, un centre C et un foyer F
Une surface cylindrique réfléchissante définie par un sommet S, un centre C et un foyer F

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

Explicação

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 ?

Les deux miroirs sont divergents quelle que soit leur forme
Le miroir concave est convergent et le miroir convexe est divergent
Le miroir concave est divergent et le miroir convexe est convergent
Les deux miroirs sont convergents quelle que soit leur forme

Le miroir concave est convergent et le miroir convexe est divergent

Explicação

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 ?

À 40 cm du sommet, au niveau du centre de courbure
À 10 cm du sommet, soit au quart du segment reliant S à C
À 20 cm du sommet, au milieu du segment reliant S à C
À 80 cm du sommet, au-delà du centre de courbure

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

Explicação

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 ?

Il se réfléchit parallèlement à l’axe, dans la même direction
Il se réfléchit en passant par le centre de courbure
Il revient exactement sur son trajet incident
Il se réfléchit en passant par le foyer

Il se réfléchit en passant par le foyer

Explicação

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 ?

Elle est réelle, renversée, réduite et située devant le miroir
Elle est virtuelle, renversée, agrandie et située sur le miroir
Elle est réelle, droite, de même taille que l’objet et symétrique derrière le miroir
Elle est virtuelle, droite, de même taille que l’objet et symétrique derrière le miroir

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

Explicação

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 ?

Son grandissement transversal vaut 0 et il est astigmatique
Son grandissement transversal vaut -1 et il est rigoureusement stigmatique
Son grandissement transversal vaut 1 et il est rigoureusement stigmatique
Son grandissement transversal varie avec la distance et il est astigmatique

Son grandissement transversal vaut 1 et il est rigoureusement stigmatique

Explicação

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

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Que se passe-t-il à la vitesse d'une onde dans un milieu plus réfringent ?

La vitesse diminue.

Comment varie la fréquence d'une onde passant dans un milieu plus réfringent ?

La fréquence reste inchangée.

Que fait un rayon en passant dans un milieu plus réfringent ?

Il se rapproche de la normale.

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