QCM Physique, concours orthoptie Bordeaux 2019.

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Optique. Question 1
L'indice de r�fraction du milieu 1 est n1 = 1,0, Quel est l'indice de r�fraction n3 du milieu 3 ?

R�fraction en A : 1,0 sin 45 = n2 sin 30 ; n2 = 1,414.
R�fraction en B : n2 sin i2 = n3 sin 30.
Dans le triabgle rectangle ABH : i2  +30 = 90 ; i2 = 60.
n3 = 1,414 xsin 60 / sin 30 = 2,45.
A - 2,03. B. 1,67. C. 1,43.  D. 0,47. E. 2,45. Vrai.

Question 2
Un rayon lumineux dans l'air tombe sur la surface d'un liquide. Il fait un angle de 56� avec le plan horizontal. La d�viation entre le rayon incident  et le rayon r�fract� est de 13,5�. Quel est l'indice n du liquide ?

1,0 sin 34 = n sin 20,5 ; n ~1,60
A. 3,55. B . 1,60. Vrai. C . 1,43. D . 2,40. E . 0,76.

 Question 3
La travers�e d'une lame de verre d'�paisseur 2,00 cm et d'indice de r�fraction n = 1,50 s'effectue en 0,11 ns. D�duisez-en l'angle de r�fraction � l'interface air / verre.

R�fraction : 1,0 sin i1 = 1,50 sin i2.
AB = 3,00 108 / n x 0,11 10-9 = 0,033 / 1,50 =0,022. m = 2,2 cm.
AB = 2,00 / cos i2 ; cos i2 = 2,00 / 2,2 =0,909 ; i2 = 24,6 �.
A .21,2. B 34,5.  C .38,2.  D . 24,6. Vrai. E . 12,5.
Question 4. suite de la question 3.
sin i1 = 1,5 xsin 24,6 = 0,624 ; i1 = 38,7 �.
D�duisez -en l'angle d'incidence � l'interface air / verre.
A -ex.. 58,2. B . 32,8.  C 38,7. Vrai. D . 18,9. E. 68,1.

Question 5
Lorsqu'un rayon lumineux arrive sur une interface, on constate qu'il existe parfois un angle d'incidence pour lequel l'angle de r�fraction vaut 90 �. Pour les angles sup�rieurs � cette angle qc ( angle critique ), aucun rayon n'est transmis et l'on observe alors un ph�nom�ne de r�flexion totale � l'interface.
A. Le ph�nom�ne a lieu si le second milieu est plus r�fringent que le premier et qc = arcsin (n2 / n1).
B . Le ph�nom�ne a lieu si le second milieu est moins r�fringent que le premier et qc = arcsin (n2 / n1). Vrai.
C . Le ph�nom�ne a lieu si le second milieu est plus r�fringent que le premier et qc = arcsin (n1 / n2).
D .Le ph�nom�ne a lieu si le second milieu est moins r�fringent que le premier et qc = arcsin (n1 / n2).
E. Le ph�nom�ne a lieu si le second milieu est plus r�fringent que le premier et qc = arccos (n1 / n2).

 Question 6
La figure ci-dessous montre le principe d'un montage optique permettant de d�tecter la pr�sence d'eau  dans une cuve. En absence de liquide, une r�flexion totale a lieu au niveau de l'hypoth�nuse du prisme d'indice n et le r�cepteur re�oit un signal de forte amplitude. Au contraire si le liquide recouvre l'hypoth�nuse du prisme, le r�cepteur re�oit un signal de faible amplitude. Une condition n�cessaire pour que le syst�me fonctionne est : " un indice de r�fraction du verre inf�rieur � : "

R�flexion totale � l'interface eau / prisme : n sin 45 = 1,33 sin 90 ; n = 1,88.
A.1,78 . B .  1,00.  C . 1,33. D .1,88. Vrai.  E  1,68.

Question 7.  suite de la question pr�c�dente.
Une autre condition n�cessaire pour que le syst�me fonctionne est : " un indice de r�fraction du verre sup�rieur � : "
L'indice du second milieu ( eau) doit �tre inf�rieur � celui du verre.
 A.1,41 . B .  1,00.  C . 1,33. Vrai.  D .1,15.  E  1,38.


Question 8
Dans une exp�rience d'interf�rences, de la lumi�re verte est incidente sur deux fentes et le patron d'interf�rences est observ� sur un �cran. Parmi les changements suivants, lequel causerait un resserremennt des franges d'interf�rences ?
 A . r�duire la distance entre les fentes.
Interfrange i = l D / a ; a : distance des fentes ; D : distance fentes- �cran ; l : la longueur d'onde du vert est sup�rieure � celle du bleu.
 B. remplacer la lumi�re verte par la lumi�re bleue. Vrai.
C. remplacer la lumi�re verte par la lumi�re rouge.
D . �loigner encore plus les fentes de la source de lumi�re.
E .B ou D.

Question 9
On consid�re un rayon arrivant avec une incidence i sur un miroir plan. Lorsque le miroir plan tourne d'un angle a, de quel angle � le rayon r�fl�chi est-il d�vi� ?

A. i ; B . i+r ;  C . 2 a. Vrai. D . i +a. E . i + r +2a.
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Question 10
En vous aidant d'un trac� de rayon, d�terminer l'angle de d�viation entre le rayon incident et le rayon r�fl�chi par le coin.

A. 180�. Vrai ; B . 90� ;  C . 45�. D . 170�. E . 150�.

Question 11
Un faisceau laser arrive sur deux miroirs lans inclin�s. De quel angle ce faisceau est-il d�vi� � la sortie des miroirs ?

A. 30� . Vrai. B . 45� ;  C . 60�. D . 15�. E . 75�.
Question 12
Un rayon lumineux dans l'air tombe sur la surface d'un verre d'indice de r�fraction n. L'angle d'incidence tel que l'angle de r�fraction soit la moiti� de  cet angle d'incidence est :
sin i = n sin (0,5 i) ;
sin (0,5 i +0,5 i) = 2 sin (0,5 i) cos ( 0,5 i) = n sin (0,5 i).
n = 2 cos (0,5 i) : 0,5 i = arccos (n / 2) ; i = 2 arccos(n / 2).
R�ponse B.

Question 13.
On �claire une plaque rectangulaire de plexiglas de longueur e = 6,00 cm et d'indice de r�fraction n par un faisceau laser sous incidence qA. On mesure avec un rapporteur qA = 45� puis le d�calage du faisceau en sortie de h = 2,00 cm. Parmi les relations suivantes, lesquelles sont justes ?

1. sin qA = sin q'A. ( faux ) ; 2. sin qA =n  sin q'A. ( vrai). 3. n sin qA = sin q'A.( faux).
4. n sin q'A = sin q'B. ( vrai) . 5. n sin qB = sin q'B.(vrai) . 6. sin qA =n  sin qB. ( vrai). 7. n sin qA = sin q'B.( faux).
A . 1, 3, 5, 7.  B -  2, 4, 6. C   2, 5 ,7. D. 2, 4, 5 ,6. vrai. E. 2, 5, 6.

Question 14. (suite)
Une des relations suivantes est juste. Laquelle ?

A . cos ( qA-q'A) = AB / h.
B .  cos ( qB-q'B) = e / AB.
C   cos ( qA-q'A) = h /AB.
D sin ( qA-q'A) = h / AB. Vrai.
E  sin ( qA-q'A) = h / e.



Question 15
Une des relations suivantes est juste. Laquelle ?

 A . cos ( qA-q'A) = e / AB.
B .  cos ( qA-q'B) = e / AB.
C   cos ( q'A) = e /AB. Vrai.
D sin ( qA) = e / AB.
E  sin ( q'A) = e / AB.

.Question 16
D�duisez des deux questions pr�c�dentes la valeur de q'A.
sin ( 45-q'A) = h / AB =sin(45) cos(q'A) - cos(45) sin(q'A)= 0,707(cos(q'A) -sin(q'A))
cos ( q'A) = e /AB.
h / AB =0,707 ( e / AB -sin(q'A)) ; sin(q'A) = e / AB -h / (0,707 AB).
tan(q'A) =(e-h /0,707) / e =(6 -2 /0,707) / 6 = 0,529 ; q'A ~27,9�.
R�ponse A.

Exercice 17.
D�duisez en la valeur de l'indice de r�fraction du plexiglas.
n = sin 45 / sin 27,9 ~1,51.
R�ponse C.

Question 18.
On utilise un laser monochromatique de longueur d'onde 650 nm pour tester un rev�tement anti-reflet. Pour cela on �claire l'int�rieur d'une cuve en verre ( milieu 2) dont une des parois  a �t� recouverte par une couche anti-reflet d'�paisseur e ( milieu 1). n2 = 1,5 et n1 = 1,35.
Au del� de quel angle d'incidence au niveau de la surface du rev�tement anti-reflet observe t-on un ph�nom�ne de r�flexion totale au niveau de la paroi 2 ?

R�fraction en A : sin i = 1,35 sin r.
i' = r ; r�fraction en B : 1,35 sin r = 1,5 sin r ' ; sin i = 1,5 sin r '.
R�flexion totale en C : 1,5 sin r' = sin  90 = 1.
sin i = 1 ; i = 90�.
On n'observe pas de r�flexion totale en C. R�ponse E.


Question 19.
L'�paisseur e de la couche anti-reflet est calcul�e de telle fa�on que pour une incidence normale ( rayon 1), le rayon 2 r�fl�chi � l'interface  air / couche anti-reflet interf�re avec le rayon 3 ( apr�s r�flexion � l'interface couche anti reflet / verre) et les interf�rences induites sont destructives.
Le rayon 3 est retard� par rapport au rayon 2 suite � la travers�e de l'�paisseur e. L'�paisseur minimale de la couche anti-reflet est :
110 nm ; 120 nm ( vrai) ; 325 nm  ; 650 nm ; 340 nm.

Par souci de clart� les rayons incident et r�fl�chi sont repr�sent�s de fa�on oblique mais pour les calculs on consid�re une incidence normale.
La diff�rence de marche entre les deux rayons est  2 e n1 = l / 2 = 650 /2 =325 nm
e = 325 / (2 x1,35) ~120 nm.

 Question 20.  (suite).
Parmi les �paisseurs suivantes, lesquelles conduisent � l'effet recherch� ?
220 nm ; 240 nm ; 360 nm ; 975 nm ; 330 nm.
2 e n1 =(2k+1) l / 2  ; e = (2k+1) x325 / (2 x1,35) = 120 ( 2k+1) ;
 k = 0 : 120 nm ; k = 1 : 360 nm ; k = 2 : 600 nm ; k = 3 : 840 nm ; k = 4 : 1080 nm.


  

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