Base d'épreuves orales scientifiques de concours aux grandes écoles

Matériel :

*) goniomètre à double mesure

*) prisme

*) miroir avec deux faces parallèles et un côté aluminé

*) lampe spectrale

Partie I

Réglage 1 : On définit l'auto-collimation parfaite : c'est lorsque les deux réticules sont parfaitement confondus.

Q1) Faites tourner la lunette de 180° : qu'observez-vous ? Représentez sur un schéma l'orientation du miroir et de l'axe de la lunette.

(les deux réticules changeaient de position l'un par rapport à l'autre)

Réglage 2 : Utiliser le miroir pour avoir l'auto-collimation parfaite.

Appel de l'examinateur.

Q2) Que peut-on dire de l'axe de la lunette par rapport à son axe de rotation ?

Réglage 3 : À l'aide de la lunette, régler le collimateur à l'infini.

Q3) Quel est l'intérêt d'une lunette auto-collimatrice par rapport à une lunette simple ?

Q4) Expliquer (éventuellement avec un schéma) la lecture en degré, minute d'arc et seconde d'arc d'un angle en utilisant l'encadré ci-dessous

(dans l'encadré : lecture de l'angle sur le vernier G puis sur le vernier D ; calcul de $G_{corrigé}$ et $n$ pour compenser l'excentrage du plateau gradué.

Q5) Mesurer l'angle qui correspond à la position où la lunette est alignée avec la fente du collimateur (on rappelle que l'origine des angles n'est pas prise selon l'axe du collimateur). Quelle est la précision ?

Partie II : manipulations et mesures

L'objectif est de trouver les indices de réfraction du prisme d'angle $A$ pour trois longueurs d'onde différentes. On utilisera la méthode du rayon incident perpendiculaire à la face de sortie du prisme.

Réglage du prisme

On veut que les deux faces utiles du prisme soient perpendiculaires au rayon incident.

Q6) On considère une face utile positionnée perpendiculairement à la ligne reliant deux des trois vis calantes du plateau. Quel est le mouvement lorsqu'on touche la troisième vis ? En déduire comment régler une des faces utiles sans modifier le réglage de l'autre face utile.

Réglage 4  : utiliser la lunette pour régler le prisme. Régler l'auto-collimation sur une face utile du prisme. Corriger pour l'autre face utile à moitié avec l'inclinaison de la lunette et à moitié avec la vis qui ne modifie pas le réglage de l'autre vis. Répéter jusqu'à ne plus avoir à effectuer de correction.

Appel de l'examinateur.

Q7) Dessiner le rayon qui traverse le prisme dans la situation choisie. Donner les déviations des deux longueurs d'onde (dans le bleu et dans le rouge). Laquelle sera la plus déviée ?

(Aucun calcul de déviation n'est demandé)

Q8) Proposer une méthode pour mesurer l'angle $A$. Pourquoi le réglage précédent est-il essentiel ?

Q9) Mesurer l'angle $A$. Quelle est la précision sur l'angle $A$ ?

Q10) La mesure est-elle en accord avec l'observation grossière à l’œil du prisme ?

Q11) Comment peut-on faire pour placer précisément le prisme avec la face de sortie perpendiculaire au rayon incident ?

Réglage 5 : réaliser le réglage et refaire le réglage 4 si nécessaire

Q12) Comment expliquer qu'il est possible de perdre le réglage 4 quand on fait tourner la platine ?

Mesures

Données : longueurs d'onde de deux raies jaunes, et une verte

Q13) Mesurer les déviations des trois longueurs d'onde.

Q14) Quelle est la précision sur la mesure de l'angle de déviation ?

Q15) En déduire la valeur de l'indice de réfraction pour les différentes longueurs d'onde.

(on nous donne une formule qui relie $A$, $\lambda$ et $D$)

Q16) Faire une synthèse de vos manipulations et des mesures effectuées.

*) examinateur très rassurant qui se charge d'environ 10 personnes (il nous dit de ne pas rester bloqués 3h si on ne trouve pas ou si on ne comprend pas certains termes)

*) on est chacun dans une petite salle et on peut appeler l'examinateur qui attend dans le couloir quand on le souhaite

*) au début, il passe dans chaque salle pour expliquer le fonctionnement des machines (vis de réglage...)