QCM Physique, concours orthoptie Bordeaux 2019.

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

Réfraction en A : 1,0 sin 45 = n2 sin 30 ; n2 = 1,414.
Réfraction 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 déviation entre le rayon incident  et le rayon réfracté 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 traversée d'une lame de verre d'épaisseur 2,00 cm et d'indice de réfraction n = 1,50 s'effectue en 0,11 ns. Déduisez-en l'angle de réfraction à l'interface air / verre.

Réfraction : 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 °.
Déduisez -en l'angle d'incidence à 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 réfraction vaut 90 °. Pour les angles supérieurs à cette angle qc ( angle critique ), aucun rayon n'est transmis et l'on observe alors un phénomène de réflexion totale à l'interface.
A. Le phénomène a lieu si le second milieu est plus réfringent que le premier et qc = arcsin (n2 / n1).
B . Le phénomène a lieu si le second milieu est moins réfringent que le premier et qc = arcsin (n2 / n1). Vrai.
C . Le phénomène a lieu si le second milieu est plus réfringent que le premier et qc = arcsin (n1 / n2).
D .Le phénomène a lieu si le second milieu est moins réfringent que le premier et qc = arcsin (n1 / n2).
E. Le phénomène a lieu si le second milieu est plus réfringent que le premier et qc = arccos (n1 / n2).

 Question 6
La figure ci-dessous montre le principe d'un montage optique permettant de détecter la présence d'eau  dans une cuve. En absence de liquide, une réflexion totale a lieu au niveau de l'hypothénuse du prisme d'indice n et le récepteur reçoit un signal de forte amplitude. Au contraire si le liquide recouvre l'hypothénuse du prisme, le récepteur reçoit un signal de faible amplitude. Une condition nécessaire pour que le système fonctionne est : " un indice de réfraction du verre inférieur à : "

Réflexion totale à 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 précédente.
Une autre condition nécessaire pour que le système fonctionne est : " un indice de réfraction du verre supérieur à : "
L'indice du second milieu ( eau) doit être inférieur à celui du verre.
 A.1,41 . B .  1,00.  C . 1,33. Vrai.  D .1,15.  E  1,38.


Question 8
Dans une expérience d'interférences, de la lumière verte est incidente sur deux fentes et le patron d'interférences est observé sur un écran. Parmi les changements suivants, lequel causerait un resserremennt des franges d'interférences ?
 A . réduire la distance entre les fentes.
Interfrange i = l D / a ; a : distance des fentes ; D : distance fentes- écran ; l : la longueur d'onde du vert est supérieure à celle du bleu.
 B. remplacer la lumière verte par la lumière bleue. Vrai.
C. remplacer la lumière verte par la lumière rouge.
D . éloigner encore plus les fentes de la source de lumière.
E .B ou D.

Question 9
On considère un rayon arrivant avec une incidence i sur un miroir plan. Lorsque le miroir plan tourne d'un angle a, de quel angle ß le rayon réfléchi est-il dévié ?

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 tracé de rayon, déterminer l'angle de déviation entre le rayon incident et le rayon réfléchi par le coin.

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

Question 11
Un faisceau laser arrive sur deux miroirs lans inclinés. De quel angle ce faisceau est-il dévié à 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 réfraction n. L'angle d'incidence tel que l'angle de réfraction soit la moitié 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).
Réponse B.

Question 13.
On éclaire une plaque rectangulaire de plexiglas de longueur e = 6,00 cm et d'indice de réfraction n par un faisceau laser sous incidence qA. On mesure avec un rapporteur qA = 45° puis le décalage 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
Déduisez des deux questions précédentes 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°.
Réponse A.

Exercice 17.
Déduisez en la valeur de l'indice de réfraction du plexiglas.
n = sin 45 / sin 27,9 ~1,51.
Réponse C.

Question 18.
On utilise un laser monochromatique de longueur d'onde 650 nm pour tester un revêtement anti-reflet. Pour cela on éclaire l'intérieur d'une cuve en verre ( milieu 2) dont une des parois  a été recouverte par une couche anti-reflet d'épaisseur e ( milieu 1). n2 = 1,5 et n1 = 1,35.
Au delà de quel angle d'incidence au niveau de la surface du revêtement anti-reflet observe t-on un phénomène de réflexion totale au niveau de la paroi 2 ?

Réfraction en A : sin i = 1,35 sin r.
i' = r ; réfraction en B : 1,35 sin r = 1,5 sin r ' ; sin i = 1,5 sin r '.
Réflexion totale en C : 1,5 sin r' = sin  90 = 1.
sin i = 1 ; i = 90°.
On n'observe pas de réflexion totale en C. Réponse E.


Question 19.
L'épaisseur e de la couche anti-reflet est calculée de telle façon que pour une incidence normale ( rayon 1), le rayon 2 réfléchi à l'interface  air / couche anti-reflet interfère avec le rayon 3 ( après réflexion à l'interface couche anti reflet / verre) et les interférences induites sont destructives.
Le rayon 3 est retardé par rapport au rayon 2 suite à la traversée de l'épaisseur e. L'épaisseur minimale de la couche anti-reflet est :
110 nm ; 120 nm ( vrai) ; 325 nm  ; 650 nm ; 340 nm.

Par souci de clarté les rayons incident et réfléchi sont représentés de façon oblique mais pour les calculs on considère une incidence normale.
La différence 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 épaisseurs suivantes, lesquelles conduisent à l'effet recherché ?
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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