QCM : Lumière, spectres et réfraction — 27 questions

Explication

Une lumière monochromatique est constituée d’une seule radiation, tandis qu’une lumière polychromatique en rassemble plusieurs. La confusion fréquente consiste à inverser les significations des préfixes mono- et poly-.

Explication

Le prisme dévie différemment les radiations parce que son indice de réfraction varie selon leur longueur d’onde. Une différence d’intensité modifie la luminosité observée, mais n’explique pas la séparation angulaire.

Explication

Les ultraviolets possèdent une longueur d’onde inférieure à 400 nm, tandis que les infrarouges possèdent une longueur d’onde supérieure à 800 nm. Les longueurs d’onde comprises entre ces limites appartiennent au domaine visible.

Explication

La réfraction correspond au changement de direction d’un rayon lors du passage entre deux milieux. La propagation rectiligne décrit au contraire un rayon qui se déplace en ligne droite dans un même milieu homogène.

Explication

La lumière d’un corps chaud produit un spectre continu, tandis que des atomes ou des ions excités produisent un spectre de raies. L’émission discontinue est donc associée aux espèces atomiques ou ioniques excitées, et non au corps chaud considéré comme source continue.

Explication

La valeur exacte fixée pour la lumière dans le vide est 299 792 458 m·s⁻¹, et 3,00 × 10⁸ m·s⁻¹ en est l’écriture arrondie. Ces deux nombres décrivent donc la même vitesse dans le vide, avec une précision différente.

Explication

La longueur d’onde, notée $\lambda$, caractérise une radiation lumineuse et s’exprime généralement en nanomètres. La température et l’intensité décrivent la source ou son émission, mais ne correspondent pas à cette grandeur.

Explication

La température influence à la fois l’étendue du spectre vers le violet et la longueur d’onde de la radiation la plus lumineuse. Une variation de température ne modifie donc pas seulement l’intensité observée.

Explication

La loi de la réflexion impose l’égalité entre l’angle d’incidence et l’angle de réflexion, donc $i_R = 35^\circ$. L’angle complémentaire correspond à une autre relation géométrique et ne décrit pas l’angle réfléchi.

Explication

La loi de Snell-Descartes pour la réfraction relie les indices aux sinus des angles selon $n_1\sin i_1 = n_2\sin i_2$. Une relation directe entre les angles ou une relation utilisant les cosinus ne correspond pas à cette loi.

Explication

La dispersion désigne la séparation d’une lumière en plusieurs radiations lorsqu’elle traverse un prisme ou un réseau. La diffraction correspond plutôt à l’étalement d’une onde lorsqu’elle rencontre une ouverture ou un obstacle.

Explication

Le domaine visible s’étend approximativement de 400 nm, associé au violet, à 800 nm, associé au rouge. Inverser les couleurs aux extrémités conduit à confondre l’évolution des longueurs d’onde dans le visible.

Explication

Dans un milieu dispersif, l’indice de réfraction varie avec la longueur d’onde de la radiation. L’indépendance de l’indice vis-à-vis de la longueur d’onde caractérise plutôt un milieu non dispersif.

Explication

La lumière blanche est polychromatique car elle rassemble une infinité de radiations colorées. Sa composition ne signifie pas qu’elle provient nécessairement de plusieurs sources lumineuses indépendantes.

Explication

La radiation violette est plus déviée que la radiation rouge dans un prisme. La radiation rouge correspond donc à une déviation moindre, et les autres choix ne reprennent pas la comparaison établie ici.

Explication

L’acier chauffé devient d’abord rouge sombre vers 550 °C, puis jaune et finalement blanc au-delà d’environ 1 000 °C. L’évolution inverse correspondrait à un refroidissement plutôt qu’à un chauffage progressif.

Explication

Un spectre continu présente toutes les couleurs de façon ininterrompue, alors qu’un spectre de raies comporte des raies colorées distinctes sur un fond noir. La confusion consiste à attribuer à chaque type la structure de l’autre.

Explication

Un arc-en-ciel apparaît parce que les gouttes d’eau dispersent la lumière incidente, le rayon bleu étant plus dévié que le rayon rouge. L’idée selon laquelle le rouge serait davantage dévié inverse le comportement décrit pour ces radiations.

Explication

Fizeau a mesuré en 1849 une durée moyenne de 55 µs pour cet aller-retour lumineux. Une durée exprimée en millisecondes serait beaucoup plus longue et ne correspond pas à la mesure rapportée.

Explication

Dans un milieu homogène et transparent, la lumière se propage en ligne droite. Les changements de direction peuvent apparaître lors d’une interaction avec une interface ou un milieu différent, mais ils ne caractérisent pas sa propagation dans ce cas.

Explication

Une température de surface d’environ 10 000 °C correspond généralement à une apparence blanche. Le bleu est associé à une température plus élevée, proche de 20 000 °C.

Explication

L’indice de réfraction est défini par le rapport entre la vitesse de la lumière dans le vide et sa vitesse dans le milieu, soit $n=\frac{c}{v}$. Le rapport inverse représente une quantité différente et ne donne pas l’indice défini ici.

Explication

L’éclair est perçu avant le tonnerre parce que la lumière se propage beaucoup plus rapidement que le son dans l’air. Le décalage observé vient principalement de cette différence de célérité, et non d’une production retardée du tonnerre.

Explication

Une lampe à filament émet un spectre continu, alors qu’une lampe à vapeur de sodium émet un spectre discontinu, même si les deux lumières peuvent sembler jaunes. Une couleur apparente identique ne permet donc pas de conclure que les spectres sont de même nature.

Explication

Le spectre de raies est une signature propre à un atome ou à un ion, ce qui permet d’identifier sa présence. Un spectre continu décrit une émission étendue en couleurs, mais ne fournit pas cette signature atomique caractéristique.

Explication

La normale est la droite perpendiculaire à la surface de séparation au point où le rayon arrive. Le rayon situé avant la séparation est incident, tandis que celui situé après est réfracté.

Explication

Dans l’air et dans le vide, la lumière se déplace approximativement à 3,00 × 10⁸ m·s⁻¹. La valeur de 340 m·s⁻¹ correspond plutôt à la vitesse du son dans l’air.