Description

Un goniomètre est composé de trois ensembles ( voir le schéma général )

Réglage

Réglage de l'oculaire à la vue de l'observateur

On règle l'oculaire afin de voir net le réticule ( bague B₁ ) M poussé à fond.

Réglage de la lunette à l’infini

Il est nécessaire d’utiliser une lame à faces parallèles ou un miroir plan.

A l’aide d’une surface réfléchissante, par autocollimation, l’image R’ du réticule R doit être nette ( bague B₂ ).

Lunette autocollimatrice :

On donne ce nom à une lunette à laquelle, on a ajouté, entre l’oculaire B₁ et le réticule R, une lame semi-transparente ( à la fois transparente et réfléchissante ), incliné d’un angle de 45°sur l’axe. Une ampoule L₁ permet d’éclairer le réticule par réflexion sur la lame semi-transparente. Le réticule ainsi éclairé par ses rayons( ils vont de gauche à droite ), sert d’objet à l’objectif C₂.

Réglage de l’axe de la lunette

Ce réglage permet d’orienter l’axe optique L de la lunette perpendiculairement à l’axe central D .

Pour cela, on devra travailler simultanément sur :

L'inclinaison de l'axe L de la lunette autocollimatrice grâce à la vis V₁.

La verticalité de l'axe D grâce à la vis W2 ( En effet la rotation de W2 entraîne une rotation du plateau au niveau de l'axe D ₀ passant par W1 et W3 ).

Plaçons une lame à faces parallèles suivant cette position.

Tournons la plate-forme de 180°, sans modifier la position de la lame. Nous observons l'image du réticule par réflexion sur la face F₂ de la lame. Comme les faces de la lame font un angle e avec l'axe central D , l'image R' du réticule R est décalée de 4f'e .

Modifions l'orientation de la plate-forme à l'aide de vis réglable W₂ de façon à amener l'image R' du réticule à 2f'e du réticule R.

Modifions enfin l'inclinaison de l'axe L de la lunette pour amener le réticule et son image en coïncidence. Repassons ensuite sur la face F₁ par rotation de 180° de la plate-forme et faisons le même protocole de réglage sur cette face que précédemment.

Réglage du collimateur sur l'infini

Pour obtenir des rayons incidents parallèles, il faut placer la fente source dans le plan focal objet de la lentille du collimateur.

Cette condition sera réalisée quand cette fente paraîtra nette à travers la lunette réglée à l'infini. Il nous faut tourner la bague B afin de satisfaire cette condition.

Il nous faudra éclairer correctement la fente par une source lumineuse.

Conclusion

Le goniomètre est réglé si les étapes suivantes ont été exécutées  :

Positionnement du prisme

Le réglage précédent est supposé correct.

Le but est de rendre l'arête utile du prisme parallèle à l'axe central D , et donc les deux faces utiles orthogonales aux axes optiques de la lunette et du collimateur. Comme le prisme n'est pas taillé de façon idéale, la plate-forme peut être inclinée pour compenser les défauts de taille.

Les photographies du texte

Matériel

Goniomètre

Lames à faces parallèles

Prisme de 30° ( flint ou crown )

Lampe à vapeur : sodium Na ; potassium K ; mercure Hg

Ordinateur avec logiciel graphique et imprimante

Introduction

L’indice d’une substance varie en fonction de la longueur d’onde de la lumière. C’est l’origine du phénomène de dispersion. Un rayon polychromatique tombant sur la face d’entrée d’un prisme conduit à autant de rayons émergents différents que la lumière incidente contient de radiation monochromatiques.

On sait ( programme de 1°STL ) que si i et A sont constant, alors la déviation D augmente quand n augmente. On se propose de construire la courbe n = f ( l ). Les variations de n (quand l varie dans les limites du spectre visible ) étant faibles, il est indispensable de mesurer n avec précision.

I°) Mode opératoire

Réglage complet du goniomètre

• Réglage de l’oculaire à la vue de l’observateur
• Réglage de la lunette sur l’infini par autocollimation sur une des faces de la lame à faces parallèles.
• Réglage de l’axe de la lunette perpendiculaire à l’axe central ( emploi des deux faces de la lame à faces parallèles ).
• Réglage du collimateur sur l’infini.
• Réglage du parallélisme de l’arête du prisme à l’axe central.

Mesure de l’angle  du prisme par une des deux méthodes vues en classe de 1°STL.

Mesurer Dm pour les longueurs d’onde suivantes :

II°) Résultats

• Tracer le courbe n = f(l)
• En déduire de cette courbe la constringence n du verre du prisme.
• Tracer le courbe n = f(1/l²). En déduire une relation mathématique approchée entre n et l.

Utilisation d'une lunette autocollimatrice

1°) RAPPEL

Considérons un poisson dans l'eau : point A.

L'observateur visualisera le poisson plus haut qu'il n'est en réalité : son image le point A'.

Déterminons la différence entre l'objet et l'image du poisson .

On a

Donc la position de A' dépend de l'inclinaison i₁ du rayon incident. Il n'existe pas de stigmatisme rigoureux dans le cas d'un dioptre plan. Pour obtenir un stigmatisme approché, on dira que les rayons incidents issus de A sont faiblement inclinés par rapport à la direction AH.

Soit

La position de A', intersection des rayons émergents ne dépend plus de la direction des rayons incidents, donc le dioptre plan se caractérise par un stigmatisme approché.

Conclusion : La relation entre l'objet A et l'image A' est appelée : équation de conjugaison du dioptre plan.

Considérons maintenant le cube de notre expérience

Le système est une association de deux dioptres plans successifs, soit :

Ou ( autre méthode )

2°) EXPERIENCE

Durant le travaux pratique, on relèvera la position de A et de A'. Puis on comparera la différence des valeurs avec l'expression théorique :

On relève la position de A sans le cube ( image de l'objet ). Puis on place le cube contre la lentille et on peut mesurer la position de A'.

Schéma du montage :

Nota : Relevé l'indice du cube et son épaisseur avec un pied à coulisse.

Conclure :

Bonjour,

Je suis enseignant en série STL option physique. On y enseigne de l'optique, la mécanique, la chimie et de l'électronique. Dans cette série les sciences sont enseignées de façon expérimentales avant la théorie. La phase TP est prioritaire.

Comme j'enseigne l'optique, je vais vous présenter cette matière aux travers de différents TP de première et de terminale.