QCM : Effet photoélectrique et photon-matière — 12 questions

Question 1

1. Que décrit l’effet photoélectrique ?

L’absorption totale de la lumière par une surface noire

La transformation de la lumière en chaleur dans un isolant

L’émission d’électrons par un métal soumis à un rayonnement électromagnétique

L’émission de protons par un métal chauffé

Explication

L’effet photoélectrique correspond à l’arrachement d’électrons par un métal éclairé. Les autres propositions décrivent d’autres phénomènes physiques sans rapport avec cette émission d’électrons.

Answer

L’émission d’électrons par un métal soumis à un rayonnement électromagnétique

Question 2

2. Pourquoi l’augmentation de l’intensité lumineuse ne suffit-elle pas à déclencher l’effet photoélectrique si la fréquence reste trop faible ?

Parce que seule la fréquence permet d’atteindre l’énergie minimale nécessaire à l’émission

Parce que l’intensité diminue toujours l’énergie d’un photon

Parce que l’intensité remplace la charge électrique du métal

Parce que les photons disparaissent quand l’intensité augmente

Explication

L’émission exige d’atteindre une fréquence seuil, donc une énergie par photon suffisante. Augmenter l’intensité augmente surtout le nombre de photons, pas leur énergie individuelle.

Answer

Parce que seule la fréquence permet d’atteindre l’énergie minimale nécessaire à l’émission

Question 3

3. Quelle relation relie l’énergie d’un photon à sa fréquence ?

E = h/ν

E = ν/h

E = hν

E = hcν

Explication

L’énergie d’un photon est donnée par E = hν, où h est la constante de Planck. Les autres expressions ne correspondent pas à la relation fondamentale du cours.

Answer

L’état fondamental

Answer

Une énergie égale à E2 − E1

Answer

Les photons émis ont la même énergie et la même direction que le photon incident

Answer

L’énergie minimale à fournir pour arracher un électron au métal

Answer

Ec = h(ν − νs)

Answer

Collecter les électrons émis par la photocathode

Answer

Elle accélère les électrons émis et améliore leur recueil

Answer

Convertir une partie de l’énergie lumineuse reçue en énergie électrique

Answer

Les spectroscopies UV-visible et IR

Question 4

4. Quel état correspond au niveau d’énergie le plus bas d’un atome ?

L’état fondamental

Un état excité

Un état métastable supérieur

Un état ionisé

Explication

L’état fondamental est le niveau d’énergie le plus bas et stable d’un atome. Les états excités sont au-dessus, et l’état ionisé correspond au niveau maximal mentionné.

Question 5

5. Que doit absorber une entité pour passer d’un niveau d’énergie E1 à un niveau E2 lors d’une absorption quantique ?

Une énergie égale à E1 + E2

Une énergie quelconque supérieure à E1

Une énergie égale à E1 − E2

Une énergie égale à E2 − E1

Explication

En absorption quantique, l’énergie absorbée doit correspondre exactement à la différence entre les deux niveaux, soit E2 − E1. Une énergie seulement approximative ne suffit pas.

Question 6

6. Quelle caractéristique distingue l’émission stimulée dans le cadre du laser ?

L’énergie émise dépend seulement de la température

L’atome reste dans son état excité plus longtemps

Les photons émis ont la même énergie et la même direction que le photon incident

Les photons émis partent dans des directions aléatoires

Explication

L’émission stimulée produit un photon de même énergie que le photon incident, dans la même direction. C’est ce principe qui permet l’amplification de la lumière dans un laser.

Question 7

7. Qu’est-ce que le travail d’extraction d’un métal ?

L’énergie minimale à fournir pour arracher un électron au métal

L’énergie cinétique finale de l’électron émis

La fréquence du rayonnement incident

L’énergie totale contenue dans le métal

Explication

Le travail d’extraction est l’énergie minimale nécessaire pour libérer un électron du métal. L’énergie cinétique, elle, correspond au surplus éventuel après l’arrachement.

Question 8

8. Quelle expression donne l’énergie cinétique d’un électron émis si la fréquence du rayonnement dépasse la fréquence seuil ?

Ec = h(νs − ν)

Ec = hν + Wexc

Ec = Wexc − hν

Ec = h(ν − νs)

Explication

Le bilan énergétique s’écrit hν = Wexc + Ec, ce qui conduit à Ec = h(ν − νs). Si ν est inférieure à νs, l’émission n’a pas lieu.

Question 9

9. Quel est le rôle de l’anode dans une cellule photoélectrique ?

Émettre les photons incidents

Augmenter la fréquence du rayonnement

Produire le vide dans l’ampoule

Collecter les électrons émis par la photocathode

Explication

L’anode sert à recueillir les électrons arrachés à la photocathode. La photocathode est, elle, l’élément où se produit l’effet photoélectrique.

Question 10

10. Quel effet produit la tension entre la photocathode et l’anode dans une cellule photoélectrique ?

Elle augmente la fréquence seuil du métal

Elle transforme directement la lumière en chaleur

Elle empêche toute émission d’électrons

Elle accélère les électrons émis et améliore leur recueil

Explication

La tension U accélère les électrons émis, ce qui facilite leur collecte par l’anode. Elle n’agit pas sur la fréquence seuil, qui dépend du métal.

Question 11

11. Quelle est la fonction principale d’une cellule photovoltaïque ?

Convertir une partie de l’énergie lumineuse reçue en énergie électrique

Mesurer la fréquence seuil d’un métal éclairé

Convertir directement la lumière en courant sans aucune perte

Produire de la lumière par émission stimulée de photons

Explication

Une cellule photovoltaïque transforme une partie de l’énergie lumineuse en énergie électrique. Les autres propositions décrivent d’autres dispositifs ou exagèrent le rendement réel.

Question 12

12. Quel dispositif est cité comme une application de l’interaction photon-matière pour l’analyse du rayonnement et de la matière ?

Les résistances ohmiques chauffantes

Les cellules photoélectriques sous vide

Les masers à inversion de population

Les spectroscopies UV-visible et IR

Explication

Les spectroscopies UV-visible et IR exploitent l’interaction photon-matière pour étudier la matière à partir du rayonnement. Les autres choix correspondent à d’autres applications ou à des dispositifs sans lien direct avec l’analyse spectroscopique.

QCM : Effet photoélectrique et photon-matière — 12 questions

Questions et réponses du QCM

1. Que décrit l’effet photoélectrique ?

2. Pourquoi l’augmentation de l’intensité lumineuse ne suffit-elle pas à déclencher l’effet photoélectrique si la fréquence reste trop faible ?

3. Quelle relation relie l’énergie d’un photon à sa fréquence ?

4. Quel état correspond au niveau d’énergie le plus bas d’un atome ?

5. Que doit absorber une entité pour passer d’un niveau d’énergie E1 à un niveau E2 lors d’une absorption quantique ?

6. Quelle caractéristique distingue l’émission stimulée dans le cadre du laser ?

7. Qu’est-ce que le travail d’extraction d’un métal ?

8. Quelle expression donne l’énergie cinétique d’un électron émis si la fréquence du rayonnement dépasse la fréquence seuil ?

9. Quel est le rôle de l’anode dans une cellule photoélectrique ?

10. Quel effet produit la tension entre la photocathode et l’anode dans une cellule photoélectrique ?

11. Quelle est la fonction principale d’une cellule photovoltaïque ?

12. Quel dispositif est cité comme une application de l’interaction photon-matière pour l’analyse du rayonnement et de la matière ?

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