QCM N° 18 Lumière : Ondes et corpuscules

QCM. N° 18

Lumière :

Ondes et corpuscules

QCM N° 18 Lumière : Ondes et corpuscule. La lumière et la dualité onde corpuscule. L’interaction lumière-matière AIDE Pour chaque question, indiquer la (ou les) bonne(s) réponse(s).
	Énoncé	A	B	C	R
1	La vitesse de la lumière dans le vide d’une onde électromagnétique est :	3,00 × 10^–8 m . s^–1	3,00 × 10⁸ m . s^–1	345 m . s^–1	B
2	La fréquence ν et la longueur d’onde λ d’une onde sont liées par :				BC
3	Une onde électromagnétique de longueur d’onde 586 nm appartient au domaine :	Des infrarouges	Des ultraviolets	Du visible	C
4	Une onde électromagnétique de fréquence 10⁹ Hz peut être utilisée :	Pour la radiographie	En téléphonie	En radioactivité	B
5	L’énergie d’un photon s’exprime avec la relation :				AB
6	L’énergie d’un photon peut s’exprimer en :	joule seconde (J . s)	joule (J)	Électronvolt (eV)	BC
7	L’énergie d’un photon de longueur d’onde λ = 450 nm est : Données : c = 3,00 × 10⁸ m . s^–1 1 eV = 1,60 × 10^–19 J h = 6,63 × 10^–34 J . s	4,42 × 10^–19 J	4,42 × 10^–28 J	4,42 × 10^–18 J	A
8	La longueur d’onde d’un photon d’énergie E = 4,67 eV est :	405 nm	266 nm	681 nm	B
9	Les niveaux d’énergie d’un atome sont :	Continus	Discontinus	Quantifiés	BC
10	L’état de plus basse énergie est appelé :	État excité	État fondamental	État ionisé	B
11	Au cours d’une transition du niveau d’énergie E_p au niveau d’énergie E_n telle que E_p > E_n :	Un photon est émis	Un photon est absorbé	Un photon est émis et un autre absorbé	A
12	Au cours d’une transition du niveau d’énergie E_p au niveau d’énergie E_n, un photon peut être émis ou absorbé avec une énergie E_photon égale à :	E_photon = E_n + E_p	E_photon = \|E_n – E_p\|	E_photon = \|E_p – E_n\|	BC
13	Le spectre suivant est un spectre :	Continu	D’émission	D’absorption	B
14	Une spectre de raies d’émission :	Permet de caractériser une entité chimique	Est monochromatique	Est constitué d’une infinité de radiations	A

QCM réalisé avec le logiciel Questy

Pour s’auto-évaluer

La célérité de la lumière.

- La valeur fixée pour la vitesse de propagation de la lumière dans le vide est :

- c = 299 792 458 m . s^–1

- C’est une constante Universelle.

- Cette vitesse est une vitesse limite.

- Comme valeur approchée dans l’air et le vide, on choisit la valeur suivante :

- c_air ≈ c ≈ 3,00 × 10⁸ m . s^–1

Déviation et dispersion de la lumière blanche par un prisme :

- Le spectre est continu du rouge au violet.

- La lumière blanche est constituée de plusieurs couleurs ou radiations : c’est une lumière polychromatique.

- Spectre de la lumière blanche :

La lumière émise par un laser.

- On éclaire une fente avec un faisceau laser de couleur rouge et on envoie le faisceau obtenu sur la face d’un prisme.

- La lumière produite par un laser est constituée d’une seule radiation, elle est monochromatique.

L’onde électromagnétique.

- La lumière a une nature ondulatoire.

- On parle de l’onde lumineuse.

- L’onde lumineuse résulte de la propagation d’une perturbation électromagnétique dans les milieux transparents.

- Les ondes lumineuses périodiques sont appelées des radiations.

- Contrairement aux ondes mécaniques, la propagation des ondes lumineuses ne nécessite pas de support matériel.

- La lumière peut se propager dans le vide.

- Une radiation lumineuse est caractérisée par :

- Sa fréquence ν (en Hz) ou sa période T (en s).

- Sa longueur d’onde dans le vide λ₀.

- Remarque :

- La fréquence d’une radiation lumineuse ne dépend pas du milieu de propagation alors que la longueur d’onde dépend du milieu de propagation.

Relation fondamentale :

	λ_0 : longueur d’onde dans le vide (m)
	c : vitesse de la lumière dans le vide (m . s^–1)
	T : période (s)
	ν : fréquence (Hertz)

Les domaines d’application :

-

Énergie d’un photon :

- L’énergie de la lumière est transportée par des photons qui présentent un aspect particulaire et un aspect ondulatoire.

- L’énergie d’un photon est donnée par la relation :

- E = h . n

- L’énergie E représente l’aspect particulaire du photon.

- La fréquence n représente son aspect ondulatoire.

Relation de Planck-Einstein :

La grandeur h est la constante de Planck :

h = 6,626 × 10^{– 34}J . s

La fréquence n en hertz (Hz)

La longueur d’onde dans le vide λ en mètre (m)

La célérité de la lumière dans le vide :

c = 3,00 × 10⁸ m . s^{– 1}

Énergie E en joule (J) ou électronvolt (eV)

Diagramme de niveaux d’énergie.

- Sur le diagramme de niveaux d’énergie d’un atome :

- Le niveau d’énergie le plus bas correspond à l’état stable de l’atome.

- On l’appelle l’état fondamental

- Les autres niveau correspondent à des états moins stables.

- On les appellent les états excités.

- L’état de plus haute énergie correspond à la perte d’un électron : l’atome est dit ionisé.

- Par convention, son énergie est notée : E_∞ = 0 eV.

- Comme les écarts entre les niveaux d’énergie sont faibles, on utilise l’électron-volt :

- 1 eV = 1,6 × 10^–19 J

► Schéma d’un diagramme d’énergie d’un atome :

- Transition énergétique entre deux états d’énergie E_initial et E_final :

- Au cours d’une transition entre deux états d’énergie E_initial et E_final le photon absorbé ou émis par un atome possède une énergie telle que :

La grandeur h est la constante de Planck : h = 6,626 ×10^{– 34}J . s

La fréquence n en hertz (Hz)

La longueur d’onde dans le vide λ en mètre (m)

La célérité de la lumière dans le vide : c = 3,00 × 10⁸ m . s^{– 1}

Énergie E et ΔE en joule (J)

Émission de la lumière par un atome.

- Dans ce cas, E_initial > E_final

- L’atome perd de l’énergie en émettant un photon.

- Sur un diagramme d’énergie, on représente cette transition par une flèche verticale orienté vers le bas.

- L’énergie libérée est égale à la différence d’énergie entre les deux niveaux :

- ΔE = | E_final – E_initial |

- Cette énergie est transportée par un photon :

- E_photon = ΔE = | E_final – E_initial | = h . ν

Absorption de la lumière par un atome.

- Dans ce cas, E_initial < E_final

- L’atome gagne de l’énergie en absorbant un photon.

- Sur un diagramme d’énergie, on représente cette transition par une flèche verticale orienté vers le haut.

- L’énergie absorbée est égale à la différence d’énergie entre les deux niveaux :

- ΔE = | E_final – E_initial |

- Cette énergie est transportée par un photon :

- E_photon = ΔE = | E_final – E_initial | = h . ν

- La fréquence ν découle de la différence d’énergie ΔE = | E_final – E_initial |

- L’absorption d’énergie lumineuse par un atome ne peut se faire que si l’énergie du photon permet une transition d’un niveau E_initial à un niveau supérieur E_final tel que :

- E_final – E_initial = h . ν

Diagramme d’énergie et entité chimique :

- Chaque entité chimique possède son propre diagramme d’énergie.

- Il est ainsi possible d’identifier une entité chimique (atome, molécule ou ion) à partir de son spectre d’émission ou d’absorption.

- Les radiations émises ou absorbées sont caractéristiques d’un atome car elles dépendent des niveaux d’énergie de cet atome.