QCM : Modèle quantique de l’atome — 10 questions

Questions et réponses du QCM

1. Quelle relation relie la vitesse de propagation, la longueur d’onde et la fréquence d’une onde lumineuse ?

c=λνc=\lambda\nu
c=λνc=\frac{\lambda}{\nu}
λ=cν\lambda=c\nu
ν=cλ\nu=c\lambda

$$c=\lambda\nu$$

Explication

La vitesse de propagation est le produit de la longueur d’onde par la fréquence, soit c=λνc=\lambda\nu. Les autres relations inversent ou combinent incorrectement ces grandeurs.

2. Qu'est-ce que la spectroscopie atomique ?

Une technique d'analyse du rayonnement électromagnétique pour identifier des éléments chimiques.
Une méthode de mesure de la vitesse de la lumière dans le vide.
Une procédure pour observer la structure interne des atomes à l'aide d'un microscope.
Une technique de détection des particules subatomiques dans un accélérateur.

Une technique d'analyse du rayonnement électromagnétique pour identifier des éléments chimiques.

Explication

La spectroscopie atomique consiste à analyser un rayonnement polychromatique en ses composantes monochromatiques pour identifier des éléments. La réponse incorrecte évoque des techniques non liées à l'analyse spectroscopique.

3. Quelle définition décrit correctement la spectroscopie ?

L’étude des oscillations électriques et magnétiques d’une onde
La mesure de la vitesse d’une onde lumineuse dans un milieu donné
La production d’interférences lumineuses à l’aide de deux fentes
L’analyse d’un rayonnement polychromatique en composantes monochromatiques

L’analyse d’un rayonnement polychromatique en composantes monochromatiques

Explication

La spectroscopie consiste à décomposer un rayonnement polychromatique en ses composantes monochromatiques. La figure d’interférences produite par deux fentes relève de l’expérience de Young et non de la définition de la spectroscopie.

4. Quelle expérience réalisée en 1801 a contribué à établir le comportement ondulatoire de la lumière ?

L'expérience de Cavendish
L'expérience des fentes de Young
L'expérience de Rutherford
L'expérience de Michelson-Morley

L'expérience des fentes de Young

Explication

L'expérience des fentes de Young, réalisée en 1801, a montré des figures d'interférences, ce qui a été crucial pour établir la nature ondulatoire de la lumière. Les autres expériences concernent d'autres phénomènes ou domaines de la physique.

5. Quelle distinction caractérise correctement les spectres d’émission et d’absorption d’un gaz ?

L’émission produit des raies noires, tandis que l’absorption produit des raies lumineuses
L’émission forme des raies colorées, tandis que l’absorption forme un spectre continu
L’émission forme un spectre continu, tandis que l’absorption forme des raies colorées
L’émission produit des raies lumineuses, tandis que l’absorption produit des raies noires

L’émission produit des raies lumineuses, tandis que l’absorption produit des raies noires

Explication

Un élément excité émet des raies monochromatiques lumineuses, alors qu’un gaz éclairé par une lumière blanche absorbe certaines longueurs d’onde, qui apparaissent sous forme de raies noires. Confondre ces deux apparences inverse le rôle de l’émission et de l’absorption.

6. Quel est le rôle principal du modèle de Bohr dans la compréhension des atomes hydrogénoïdes ?

Il modélise la structure nucléaire des atomes d’hydrogène.
Il décrit la quantification des niveaux d’énergie et les transitions discontinues entre eux.
Il explique la propagation ondulatoire de la lumière à travers les atomes.
Il établit la relation entre la longueur d’onde et la spectroscopie atomique.

Il décrit la quantification des niveaux d’énergie et les transitions discontinues entre eux.

Explication

Le modèle de Bohr est essentiel car il décrit comment les niveaux d’énergie sont quantifiés dans l’atome d’hydrogène et comment les transitions entre ces niveaux expliquent la spectroscopie. La propagation ondulatoire de la lumière est liée à d’autres expériences, mais pas directement au modèle de Bohr.

7. Pour la série de Balmer, quelle expression donne le nombre d’onde associé à une transition caractérisée par un entier nn ?

ν=3,3×1015(1n14)\nu=3,3\times10^{15}\left(\frac{1}{n}-\frac{1}{4}\right), avec n=2,3,4,n=2,3,4,\ldots
ν=3,3×1015(14+1n2)\nu=3,3\times10^{15}\left(\frac{1}{4}+\frac{1}{n^2}\right), avec n=3,4,5,n=3,4,5,\ldots
ν=3,3×1015(1n214)\nu=3,3\times10^{15}\left(\frac{1}{n^2}-\frac{1}{4}\right), avec n=1,2,3,n=1,2,3,\ldots
ν=3,3×1015(141n2)\nu=3,3\times10^{15}\left(\frac{1}{4}-\frac{1}{n^2}\right), avec n=3,4,5,n=3,4,5,\ldots

$$\nu=3,3\times10^{15}\left(\frac{1}{4}-\frac{1}{n^2}\right)$$, avec $$n=3,4,5,\ldots$$

Explication

La série de Balmer vérifie ν=3,3×1015(141n2)\nu=3,3\times10^{15}\left(\frac{1}{4}-\frac{1}{n^2}\right) pour n=3,4,5,n=3,4,5,\ldots. Les autres expressions modifient le signe, l’opération ou le domaine de valeurs de nn.

8. Quand a été découverte la formule décrivant la relation de Ritz pour le nombre d’onde des raies spectrales de l’hydrogène ?

En 1911
En 1885
En 1900
En 1801

En 1885

Explication

La formule de Ritz pour le nombre d’onde des raies de l’hydrogène a été découverte en 1885. La date 1801 est associée à l’expérience des fentes de Young, et 1911 correspond à la proposition du modèle de Bohr.

9. En quoi la règle de Hund diffère-t-elle du principe d’exclusion de Pauli dans la description des électrons dans un atome ?

La règle de Hund concerne le remplissage des orbitales de même énergie, tandis que le principe d’exclusion limite le nombre d’électrons dans une couche.
La règle de Hund s’applique uniquement aux atomes avec plusieurs électrons, tandis que le principe d’exclusion s’applique à tous les électrons, indépendamment de l’atome.
La règle de Hund impose de maximiser le nombre d’électrons célibataires dans une sous-couche, alors que le principe d’exclusion interdit deux électrons d’avoir le même ensemble de quatre nombres quantiques.
La règle de Hund concerne la distribution des électrons dans les orbitales, alors que le principe d’exclusion concerne uniquement la stabilité des atomes.

La règle de Hund impose de maximiser le nombre d’électrons célibataires dans une sous-couche, alors que le principe d’exclusion interdit deux électrons d’avoir le même ensemble de quatre nombres quantiques.

Explication

La règle de Hund stipule que les électrons célibataires occupent d’abord toutes les orbitales de même énergie avant de se parier, ce qui maximise le spin total. Le principe d’exclusion de Pauli interdit que deux électrons dans un même atome aient le même ensemble de quatre nombres quantiques, limitant ainsi le nombre d’électrons par orbitale.

10. Qui est crédité de la formulation de la règle de Hund concernant le remplissage des cases quantiques dans la configuration électronique des atomes ?

Wolfgang Pauli
Niels Bohr
Albert Einstein
Friedrich Hund

Friedrich Hund

Explication

Friedrich Hund a formulé la règle qui stipule que les électrons célibataires occupent d'abord des orbitale de même énergie avant de s'apparier. La règle de Pauli, quant à elle, concerne le principe d'exclusion empêchant deux électrons d'avoir la même configuration quantique.

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Qu'est-ce que la lumière en physique ?

Un rayonnement électromagnétique avec des oscillations électriques et magnétiques.

Lumière: type de rayonnement

Rayonnement électromagnétique avec oscillations électriques et magnétiques.

Quelle relation lie la vitesse, la longueur d'onde et la fréquence ?

c=λνc=\lambda\nu relie ces grandeurs.

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