QCM : Lumière onde et particule (17 questions)

Questions et réponses du QCM

1. Comment les modèles ondulatoire et corpusculaire rendent-ils compte de la lumière ?

Ils décrivent deux milieux distincts de propagation de la lumière.
Ils décrivent deux aspects d’un même phénomène physique.
Ils décrivent deux phénomènes physiques sans lien entre eux.
Ils décrivent deux étapes successives de la production de lumière.

Ils décrivent deux aspects d’un même phénomène physique.

Explication

Les modèles ondulatoire et corpusculaire mettent en évidence deux aspects complémentaires du même phénomène physique, la lumière. Les considérer comme des phénomènes sans lien confond les modèles avec des objets physiques distincts.

2. Un chercheur mobilise le modèle ondulatoire pour une expérience et le modèle corpusculaire pour une autre. Quelle interprétation de son choix est la plus juste ?

Il distingue la lumière produite dans le vide de celle produite dans la matière.
Il utilise deux descriptions de la lumière adaptées à ses différents aspects.
Il oppose le déplacement de la lumière à son transport d’énergie.
Il suppose que la lumière change de nature entre les deux expériences.

Il utilise deux descriptions de la lumière adaptées à ses différents aspects.

Explication

Le recours aux deux modèles est cohérent, car ils décrivent différents aspects d’un même phénomène, la lumière. Ce choix ne signifie pas que la lumière change de nature d’une expérience à l’autre.

3. Quelle propriété distingue une onde électromagnétique d’une onde mécanique quant à sa propagation ?

Elle peut se propager dans le vide sans transporter de matière.
Elle transporte de la matière lorsqu’elle se propage dans le vide.
Elle nécessite un milieu matériel pour transporter de l’énergie.
Elle se caractérise par une amplitude, mais pas par une fréquence.

Elle peut se propager dans le vide sans transporter de matière.

Explication

Une onde électromagnétique transporte de l’énergie sans transporter de matière et peut se propager dans le vide. L’exigence d’un milieu matériel correspond à la confusion avec une onde mécanique.

4. Pour une radiation lumineuse de fréquence ν\nu, quelle relation permet de calculer sa longueur d’onde λ\lambda dans le vide ?

λ=cν\lambda = c\nu
λ=cν\lambda = \frac{c}{\nu}
λ=c+ν\lambda = c + \nu
λ=νc\lambda = \frac{\nu}{c}

$$\lambda = \frac{c}{\nu}$$

Explication

La longueur d’onde et la fréquence vérifient la relation λ=cν\lambda = \frac{c}{\nu}, où cc désigne la célérité de la lumière. Multiplier la fréquence par la célérité ne donne pas la longueur d’onde.

5. Une radiation lumineuse passe d’un milieu de propagation à un autre. Quelle grandeur reste inchangée tandis que l’autre peut varier ?

Sa fréquence et sa longueur d’onde varient toutes deux avec le milieu.
Sa longueur d’onde reste inchangée, tandis que sa fréquence peut varier.
Sa fréquence et sa longueur d’onde restent toutes deux inchangées.
Sa fréquence reste inchangée, tandis que sa longueur d’onde peut varier.

Sa fréquence reste inchangée, tandis que sa longueur d’onde peut varier.

Explication

La fréquence d’une radiation est indépendante du milieu, alors que sa longueur d’onde dépend du milieu de propagation. L’idée que la longueur d’onde reste fixe inverse précisément cette distinction.

6. Que désigne un photon dans la description quantifiée de la lumière ?

Le quantum d’énergie transporté par la lumière.
La matière transportée par une onde lumineuse.
La fréquence d’une onde électromagnétique visible.
La célérité de la lumière dans le vide.

Le quantum d’énergie transporté par la lumière.

Explication

Un photon est le quantum d’énergie, soit la plus petite quantité indivisible d’énergie, transporté par la lumière. La fréquence caractérise une radiation, mais ne désigne pas ce quantum.

7. Qui a développé en 1905 l’idée de quantification de l’énergie lumineuse pour expliquer l’effet photoélectrique ?

Niels Bohr
Albert Einstein
Louis de Broglie
Max Planck

Albert Einstein

Explication

Albert Einstein a développé cette idée en 1905 afin d’expliquer l’effet photoélectrique. Max Planck a introduit l’idée de quantification de l’énergie lumineuse en 1901, mais il ne correspond pas à cette attribution précise.

8. Comment distingue-t-on l’état fondamental des états excités d’un atome ?

L’état fondamental et les états excités ont la même énergie, mais des configurations différentes.
L’état fondamental a l’énergie la plus basse, tandis que les états excités ont une énergie supérieure.
L’état fondamental a l’énergie la plus élevée, tandis que les états excités ont une énergie inférieure.
L’état fondamental est ionisé, tandis que les états excités restent liés au noyau.

L’état fondamental a l’énergie la plus basse, tandis que les états excités ont une énergie supérieure.

Explication

L’état fondamental correspond au niveau d’énergie le plus bas, alors que les états excités se situent au-dessus. L’idée que l’état fondamental possède l’énergie la plus élevée inverse la distinction entre ces états.

9. Quelle valeur d’énergie correspond au niveau ionisé dans le modèle des niveaux atomiques décrit ici ?

E∞>0 eVE_{\infty}>0\,\mathrm{eV}, alors que les autres niveaux sont négatifs.
E∞<0 eVE_{\infty}<0\,\mathrm{eV}, alors que les autres niveaux sont nuls.
E∞=0 eVE_{\infty}=0\,\mathrm{eV}, alors que les autres niveaux sont négatifs.
E∞=0 eVE_{\infty}=0\,\mathrm{eV}, alors que les autres niveaux sont positifs.

$$E_{\infty}=0\,\mathrm{eV}$$, alors que les autres niveaux sont négatifs.

Explication

Le niveau ionisé est fixé à E∞=0 eVE_{\infty}=0\,\mathrm{eV}, et les autres niveaux atomiques ont des énergies négatives. Une énergie ionisée négative confond ce niveau de référence avec les niveaux liés.

10. Quelle proposition résume l’idée de Niels Bohr sur les énergies stables d’un atome, formulée en 1913 ?

Un atome stable ne peut posséder que certaines valeurs discrètes et bien définies d’énergie.
Un atome stable ne peut posséder que des énergies positives mesurées depuis son état fondamental.
Un atome stable peut posséder toute valeur d’énergie appartenant à un intervalle continu.
Un atome stable conserve la même énergie lorsque ses électrons changent de niveau.

Un atome stable ne peut posséder que certaines valeurs discrètes et bien définies d’énergie.

Explication

Bohr a proposé en 1913 que l’énergie d’un atome stable ne prenne que certaines valeurs discrètes et définies. Un spectre continu de valeurs d’énergie s’oppose à cette quantification.

11. Pour deux niveaux tels que E2>E1E_2>E_1, comment exprime-t-on l’écart d’énergie entre eux ?

ΔE21=E2+E1\Delta E_{21}=E_2+E_1
ΔE21=E2−E1\Delta E_{21}=E_2-E_1
ΔE21=E1/E2\Delta E_{21}=E_1/E_2
ΔE21=E1−E2\Delta E_{21}=E_1-E_2

$$\Delta E_{21}=E_2-E_1$$

Explication

L’écart entre le niveau supérieur E2E_2 et le niveau inférieur E1E_1 est leur différence, E2−E1E_2-E_1. Soustraire le niveau supérieur du niveau inférieur donnerait le signe opposé.

12. Que se produit-il lorsqu’un atome excité au niveau E2E_2 se désexcite vers le niveau inférieur E1E_1 ?

Il émet un photon pendant sa transition vers un niveau supérieur.
Il émet un photon pendant sa transition vers le niveau inférieur.
Il absorbe un photon pendant sa transition vers le niveau inférieur.
Il absorbe un photon pendant sa transition vers un niveau supérieur.

Il émet un photon pendant sa transition vers le niveau inférieur.

Explication

La désexcitation correspond à une transition descendante de E2E_2 vers E1E_1 accompagnée de l’émission d’un photon. L’absorption est associée à une transition ascendante, et non à cette transition descendante.

13. Lors d’une émission entre E2E_2 et E1E_1, quelle relation relie l’écart d’énergie au photon émis ?

ΔE21=E2+E1=hν=hcλ\Delta E_{21}=E_2+E_1=h\nu=\frac{hc}{\lambda}
ΔE21=E2−E1=hν=hcλ\Delta E_{21}=E_2-E_1=h\nu=\frac{hc}{\lambda}
ΔE21=E1−E2=hν=hcλ\Delta E_{21}=E_1-E_2=h\nu=\frac{hc}{\lambda}
ΔE21=E2−E1=hν=hλc\Delta E_{21}=E_2-E_1=\frac{h}{\nu}=\frac{h\lambda}{c}

$$\Delta E_{21}=E_2-E_1=h\nu=\frac{hc}{\lambda}$$

Explication

L’énergie du photon émis égale la différence entre le niveau supérieur et le niveau inférieur, soit E2−E1=hν=hcλE_2-E_1=h\nu=\frac{hc}{\lambda}. Inverser la soustraction donnerait un écart de signe opposé pour E2>E1E_2>E_1.

14. Pourquoi un atome peut-il absorber un photon associé à une transition qu’il peut aussi émettre ?

Parce que l’absorption et l’émission relient des niveaux différents dans chaque sens.
Parce que l’écart d’énergie entre les deux niveaux est identique en absorption et en émission.
Parce que l’énergie du photon absorbé est supérieure à celle du photon émis pour les mêmes niveaux.
Parce que l’écart d’énergie dépend du sens de transition entre les mêmes niveaux.

Parce que l’écart d’énergie entre les deux niveaux est identique en absorption et en émission.

Explication

Pour une même paire de niveaux, l’écart d’énergie est le même que la transition se fasse par absorption ou par émission, ce qui relie les photons correspondants. L’écart ne change pas avec le sens de la transition.

15. De quoi dépend le nombre de raies dans le spectre d’émission d’une lampe à vapeur atomique ?

Du nombre de transitions énergétiques possibles entre les niveaux de l’atome
De la durée d’observation de la lampe et de l’intensité de son éclairage
Du nombre de gaz différents traversés par la lumière émise par la lampe
Du nombre d’atomes présents dans la lampe, indépendamment de leurs niveaux d’énergie

Du nombre de transitions énergétiques possibles entre les niveaux de l’atome

Explication

Chaque transition énergétique possible entre les niveaux atomiques correspond à une raie du spectre d’émission. Le nombre d’atomes présents peut influer sur l’intensité observée, mais ne détermine pas le nombre de transitions possibles.

16. Quel aspect caractérise un spectre d’absorption produit par un gaz atomique ?

Un spectre continu traversé par des raies sombres dues à l’absorption de lumière
Un spectre continu dont les zones sombres résultent de la dispersion par un prisme
Un spectre composé de raies sombres produites par l’émission de lumière du gaz
Un spectre de raies lumineuses isolées émises par des atomes excités

Un spectre continu traversé par des raies sombres dues à l’absorption de lumière

Explication

Un spectre d’absorption conserve un fond continu, sur lequel apparaissent des raies sombres lorsque le gaz absorbe certaines longueurs d’onde. Des raies lumineuses isolées caractérisent plutôt un spectre d’émission.

17. Lorsqu’un gaz atomique absorbe certaines longueurs d’onde, où se trouvent les raies correspondantes dans son spectre d’émission ?

Aux mêmes positions spectrales, sous forme de raies sombres
Aux mêmes positions spectrales, mais sous forme de raies lumineuses
À des positions décalées, sous forme de raies sombres
À des positions décalées, sous forme de raies lumineuses

Aux mêmes positions spectrales, mais sous forme de raies lumineuses

Explication

Les raies absorbées et émises par un même atome occupent les mêmes positions spectrales, ce qui rend les deux spectres complémentaires. Les raies sombres caractérisent l’absorption, tandis que les raies lumineuses caractérisent l’émission.

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Mémorisez les réponses avec 39 flashcards sur Lumière onde et particule.

Quels deux modèles décrivent la lumière ?

Les modèles ondulatoire et corpusculaire.

À quoi correspondent les modèles ondulatoire et corpusculaire ?

À deux aspects d’un même phénomène physique.

Quelles grandeurs caractérisent une onde électromagnétique ?

Sa fréquence et sa longueur d’onde.

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