TP tournant II : Réalisation d'un spectroscope à réseau

Lycée Sainte Marie PSI 2011-2012
TP tournant II :
Réalisation d’un spectroscope
à réseau
Consignes de sécurité en cas d’utilisation d’un laser :
– avec une source laser, l’observation directe est rigoureusement prohibée,
– le port d’objets métalliques donc réfléchissants (montres, bagues,...) est prohibé.
Matériel :
– goniomètre,
– réseau à 600 traits/mm,
– un laser He-Ne (632,8 nm), une lampe à vapeur de mercure, une lampe à vapeur de sodium (emprunt
au TP tournant I en fin de séance),
– un écran.
Objectifs :
– déterminer le pas d’un réseau par la méthode du minimum de déviation,
– mettre en pratique la notion d’incertitude de mesure (cf addenda),
– revoir le protocole de réglage du goniomètre,
– réaliser et étalonner un spectroscope à réseau,
– déterminer la position spectrale des raies du doublet jaune du sodium.
A- Travail préparatoire
1. Relire le TP-cours n˚4 intitulé "Diffraction par un réseau ; Application à la spectroscopie". Proposer
un protocole, mettant à profit le minimum de déviation, pour déterminer le pas du réseau a.
2. Retrouver, à partir de la formule des réseaux par transmission, l’expression de la dispersion angulaire
D a d’un réseau pour l’ordre de diffraction m. Déterminer expression de l’angle d’incidence θ 0 tel que l’évolution
de θ m avec λ soit linéaire autour d’une longueur d’onde centrale λ c .
3. Relire le document fourni en annexe du TP-cours n˚4 et intitulé "Préparation et réglages du goniomètre".
Rappeler les principales étapes de réglage du goniomètre.
B- Détermination du pas du réseau
4. Mettre en œuvre le protocole proposé en A-1 pour mesurer la valeur du minimum de déviation pour
un ordre donné que l’on choisira (on précisera les raisons de ce choix). Évaluer l’incertitude de cette mesure
(cf addenda "Notes sur les incertitudes" paragraphe A).
5. En déduire une mesure de a ainsi que l’incertitude associée (cf addenda "Notes sur les incertitudes"
paragraphe B).
C- Réalisation et étalonnage du spectroscope
6. Placer le réseau de 600 traits/mm sur le goniomètre. Déterminer l’angle d’incidence permettant d’obtenir,
pour l’ordre 2, une plage de linéarité centrée sur 560 nm. Orienter le collimateur de manière à satisfaire
cette condition.
7. Placer la lampe à vapeur de mercure devant la fente du collimateur. Repérer la position angulaire des
raies principales du mercure (cf tableau en fin d’énoncé). Ces raies étant relativement lumineuses, la fente du
collimateur peut alors être relativement fermée.
8. Repérer ensuite, en ouvrant davantage la fente, la position angulaire des raies secondaires dans domaine
allant du bleu-vert au jaune.
9. Tracer, sur papier millimétré (ou sur ordinateur selon les disponibilités), les positions spectrales des
raies du mercures en fonction de leur position angulaire. Vérifier la linéarité du spectroscope autour de 560 nm.
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D- Application au doublet du sodium
10. Remplacer la lampe à vapeur de mercure par la lampe à vapeur de sodium. Déterminer les positions
angulaires des deux raies composant du doublet jaune du sodium.
11. En déduire, à partir de la courbe d’étalonnage obtenue précédemment, les positions spectrales de ces
deux raies. Commenter.
Raies spectrales du mercure :
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