QCM : Optique, couleurs et lumière (29 questions)

Questions et réponses du QCM

1. Un objet est placé avant le centre optique O, dans le sens opposé à l’axe optique orienté. Quel signe attribue-t-on à sa distance orientée ?

Elle est nulle, car l’objet se trouve sur l’axe optique.
Elle est positive, car l’objet est situé avant O.
Elle est positive, car toute distance objet est positive.
Elle est négative, car elle est orientée à l’opposé de l’axe.

Elle est négative, car elle est orientée à l’opposé de l’axe.

Explication

Une distance orientée est négative lorsque son sens est opposé à celui de l’axe optique, comme pour un objet situé avant O. Le fait qu’un point se trouve sur l’axe n’annule pas sa distance au centre optique.

2. Une lentille convergente a une distance focale image de 0,25 m0{,}25\,\text{m}. Quelle relation permet de déterminer sa vergence ?

On calcule l’inverse de sa distance focale image : C=1f′C=\frac{1}{f'}.
On multiplie sa distance focale image par elle-même : C=(f′)2C=(f')^2.
On ajoute sa distance focale image à l’unité : C=1+f′C=1+f'.
On divise sa distance focale image par deux : C=f′2C=\frac{f'}{2}.

On calcule l’inverse de sa distance focale image : $$C=\frac{1}{f'}$$.

Explication

La vergence est définie comme l’inverse de la distance focale image, soit C=1f′C=\frac{1}{f'}. La mettre au carré ne correspond pas à cette définition, même si cette opération utilise aussi la distance focale.

3. Comment s’exprime la vergence d’une lentille convergente et quel est son signe ?

En mètres inverses, de symbole m−1\text{m}^{-1}, avec une valeur négative.
En dioptries, de symbole δ\delta, avec une valeur négative.
En mètres, de symbole m\text{m}, avec une valeur positive.
En dioptries, de symbole δ\delta, avec une valeur positive.

En dioptries, de symbole $$\delta$$, avec une valeur positive.

Explication

La vergence d’une lentille convergente s’exprime en dioptries, dont le symbole est δ\delta, et elle est positive. Une valeur négative ne convient pas à une lentille convergente dans cette convention.

4. Pour décrire complètement une image formée par une lentille, quelles caractéristiques faut-il considérer ?

Sa couleur, sa luminosité, sa forme et sa distance focale.
Sa position, sa vergence, sa couleur et son grandissement.
Sa nature, sa vitesse, sa taille et son intensité lumineuse.
Sa position, sa nature, sa taille et son sens.

Sa position, sa nature, sa taille et son sens.

Explication

Les caractéristiques d’une image sont sa position, sa nature, sa taille et son sens. La vergence décrit la lentille, et non une caractéristique de l’image.

5. Pour construire l’image d’un point lumineux B à travers une lentille, quelle démarche faut-il suivre ?

Repérer le foyer image, puis supposer que l’image de B se trouve sur l’axe optique.
Tracer les trois rayons particuliers à partir du centre optique, sans les faire partir de B.
Tracer les trois rayons particuliers issus de B avant et après la lentille.
Tracer un rayon quelconque issu de B et prolonger son trajet après la lentille.

Tracer les trois rayons particuliers issus de B avant et après la lentille.

Explication

La construction de l’image B’ consiste à tracer les trois rayons particuliers issus de B et leur trajet après le passage dans la lentille. Un seul rayon ne fournit pas cette construction complète.

6. Quelle relation relie les positions algébriques de l’objet OA‾\overline{OA}, de l’image OA′‾\overline{OA'} et la distance focale image f′f' ?

OA′‾OA‾=f′\frac{\overline{OA'}}{\overline{OA}}=f'
1OA′‾−1OA‾=1f′\frac{1}{\overline{OA'}}-\frac{1}{\overline{OA}}=\frac{1}{f'}
1OA′‾+1OA‾=1f′\frac{1}{\overline{OA'}}+\frac{1}{\overline{OA}}=\frac{1}{f'}
OA′‾−OA‾=f′\overline{OA'}-\overline{OA}=f'

$$\frac{1}{\overline{OA'}}-\frac{1}{\overline{OA}}=\frac{1}{f'}$$

Explication

La relation de conjugaison utilise les inverses des positions algébriques et s’écrit avec la différence indiquée. Remplacer cette différence par une somme change la relation et ne respecte pas la formule de conjugaison.

7. Une image A’B’ mesure 3 cm3\,\text{cm} et l’objet AB mesure 2 cm2\,\text{cm}. Quelle expression donne le grandissement γ\gamma ?

Le rapport de la taille de l’image à celle de l’objet : γ=A′B′AB\gamma=\frac{A'B'}{AB}.
Le rapport de la taille de l’objet à celle de l’image : γ=ABA′B′\gamma=\frac{AB}{A'B'}.
La somme des tailles divisée par deux : γ=A′B′+AB2\gamma=\frac{A'B'+AB}{2}.
La différence entre les tailles : γ=A′B′−AB\gamma=A'B'-AB.

Le rapport de la taille de l’image à celle de l’objet : $$\gamma=\frac{A'B'}{AB}$$.

Explication

Le grandissement est défini comme le rapport de la taille de l’image à celle de l’objet, soit γ=A′B′AB\gamma=\frac{A'B'}{AB}. Inverser ce rapport donne une grandeur différente, qui n’est pas le grandissement défini ici.

8. Dans une situation de faible éclairage, quel photorécepteur rétinien contribue surtout à détecter l’intensité lumineuse sans distinguer les couleurs ?

Les cônes, sensibles à l’intensité lumineuse mais pas aux couleurs.
Les bâtonnets, sensibles à l’intensité lumineuse mais pas aux couleurs.
Les cônes, qui détectent la lumière sans contribuer à la vision des couleurs.
Les bâtonnets, sensibles aux lumières colorées et à leurs nuances.

Les bâtonnets, sensibles à l’intensité lumineuse mais pas aux couleurs.

Explication

Les bâtonnets sont très sensibles à l’intensité lumineuse, mais ne sont pas sensibles aux couleurs. Les cônes, contrairement à cette description erronée, répondent aux lumières colorées.

9. Quels types de lumières stimulent respectivement les trois types de cônes de l’œil humain ?

Les lumières rouges, bleues et vertes.
Les lumières jaunes, vertes et rouges.
Les lumières bleues, vertes et violettes.
Les lumières rouges, jaunes et violettes.

Les lumières rouges, bleues et vertes.

Explication

Les trois types de cônes sont sensibles respectivement aux lumières rouges, bleues et vertes. Le jaune ne remplace pas l’une de ces sensibilités parmi les trois types indiqués.

10. Comment la trichromie permet-elle au cerveau de produire une sensation de couleur ?

En séparant la lumière en couleurs à l’aide du cristallin.
En additionnant les signaux issus des trois types de cônes.
En comparant la lumière reçue par les deux yeux.
En sélectionnant le signal des bâtonnets le plus intense.

En additionnant les signaux issus des trois types de cônes.

Explication

La trichromie repose sur l’addition des signaux produits par les trois types de cônes, que le cerveau interprète comme une sensation de couleur. Les bâtonnets renseignent sur l’intensité lumineuse, mais ne produisent pas les signaux colorés concernés.

11. Que se passe-t-il lorsqu’un faisceau de lumière blanche traverse un prisme ?

Sa lumière devient une seule couleur déterminée par la température du prisme.
Ses nombreuses lumières colorées, du violet au rouge, peuvent être séparées.
Seules les radiations rouges sont déviées, tandis que les autres poursuivent leur trajet.
Ses composantes colorées se recombinent pour produire une lumière plus intense.

Ses nombreuses lumières colorées, du violet au rouge, peuvent être séparées.

Explication

La lumière blanche est composée de nombreuses lumières colorées allant du violet au rouge, et un prisme peut les séparer. Il ne sélectionne pas une couleur unique comme le ferait un filtre coloré.

12. Comment obtient-on une nouvelle lumière colorée par synthèse additive ?

En renvoyant une lumière unique dans plusieurs directions
En superposant des lumières colorées provenant de plusieurs sources
En mélangeant des pigments qui retiennent certaines lumières
En faisant traverser une lumière colorée par plusieurs filtres absorbants

En superposant des lumières colorées provenant de plusieurs sources

Explication

La synthèse additive combine par superposition des lumières colorées issues de plusieurs sources pour former une nouvelle lumière. Le mélange de pigments relève plutôt de la synthèse soustractive, fondée sur l’absorption.

13. Quelles couleurs secondaires obtient-on en additionnant les lumières primaires bleue, verte et rouge, prises deux à deux ?

Le cyan, le bleu et le rouge
Le jaune, le cyan et le magenta
Le rouge, le jaune et le cyan
Le jaune, le vert et le magenta

Le jaune, le cyan et le magenta

Explication

En synthèse additive, les combinaisons deux à deux des lumières bleue, verte et rouge produisent le jaune, le cyan et le magenta. Le vert et le bleu sont des lumières primaires, et non les trois couleurs secondaires recherchées.

14. En synthèse additive, quel résultat indique que deux lumières colorées sont complémentaires ?

Leur superposition produit une lumière noire
Leur superposition conserve la couleur de la lumière la plus intense
Leur superposition produit une lumière de même teinte, mais plus sombre
Leur superposition produit une lumière blanche

Leur superposition produit une lumière blanche

Explication

Deux couleurs additives sont complémentaires lorsque leur superposition donne du blanc. Le noir correspond à la complémentarité en synthèse soustractive, et non additive.

15. Sur quel phénomène repose la synthèse soustractive des couleurs ?

La transmission intégrale de la lumière à travers un objet
La diffusion de la lumière incidente dans plusieurs directions
L’absorption de certaines lumières colorées
La superposition de lumières colorées émises par plusieurs sources

L’absorption de certaines lumières colorées

Explication

La synthèse soustractive repose sur l’absorption de lumières colorées. La superposition de lumières provenant de plusieurs sources caractérise la synthèse additive.

16. Un objet éclairé renvoie une partie de la lumière incidente dans plusieurs directions. Quel phénomène décrit cette interaction ?

L’émission de lumière colorée par l’objet
La transmission de la lumière à travers l’objet
La diffusion de la lumière par l’objet
L’absorption de la lumière par l’objet

La diffusion de la lumière par l’objet

Explication

La diffusion est le renvoi d’une partie de la lumière incidente dans plusieurs directions par un objet éclairé. La transmission, distracteur plausible, correspond au passage de lumière à travers l’objet.

17. Une partie de la lumière incidente traverse un objet éclairé : quelle interaction se produit ?

La transmission de la lumière par l’objet
L’absorption de la lumière par l’objet
La réflexion de la lumière vers sa source
La diffusion de la lumière par l’objet

La transmission de la lumière par l’objet

Explication

La transmission désigne le passage d’une partie de la lumière incidente à travers l’objet, qui est alors dit transparent. La diffusion renvoie plutôt la lumière dans plusieurs directions sans décrire son passage à travers l’objet.

18. Comment caractérise-t-on l’absorption de lumière par un objet éclairé ?

L’objet retient une partie de la lumière incidente
L’objet transforme toute la lumière reçue en lumière blanche
L’objet renvoie une partie de la lumière dans toutes les directions
Une partie de la lumière traverse l’objet éclairé

L’objet retient une partie de la lumière incidente

Explication

L’absorption correspond à la rétention d’une partie de la lumière incidente par l’objet. Le renvoi de lumière dans plusieurs directions décrit la diffusion, et non l’absorption.

19. Deux objets observés sous des éclairages différents peuvent sembler avoir des couleurs différentes. De quoi dépend la couleur perçue ?

De la seule lumière transmise, sans tenir compte de l’absorption ou de la diffusion
De la luminosité de la source, même si les interactions avec l’objet ne changent pas
De la seule couleur propre de l’objet, indépendamment de l’éclairage reçu
Des lumières absorbées, diffusées et transmises, de l’éclairage et de la couleur propre de l’objet

Des lumières absorbées, diffusées et transmises, de l’éclairage et de la couleur propre de l’objet

Explication

La couleur perçue dépend des lumières que l’objet absorbe, diffuse et transmet dans son éclairage, ainsi que de sa couleur propre observée sous lumière blanche. La couleur propre seule ne suffit donc pas à décrire la perception sous des éclairages variés.

20. À quelle célérité toutes les ondes électromagnétiques se propagent-elles dans le vide ?

3,00×108 s−13{,}00\times10^8\ \mathrm{s^{-1}}
3,00×108 Hz3{,}00\times10^8\ \mathrm{Hz}
3,00×108 m3{,}00\times10^8\ \mathrm{m}
3,00×108 m s−13{,}00\times10^8\ \mathrm{m\,s^{-1}}

$$3{,}00\times10^8\ \mathrm{m\,s^{-1}}$$

Explication

Dans le vide, toutes les ondes électromagnétiques se propagent à la célérité c=3,00×108 m s−1c=3{,}00\times10^8\ \mathrm{m\,s^{-1}}. Le hertz est une unité de fréquence, tandis que le mètre seul ne mesure pas une célérité.

21. Quelle grandeur caractérise une onde électromagnétique et s’exprime en mètres ?

La célérité dans le vide, notée cc
La fréquence, notée ν\nu
La longueur d’onde dans le vide, notée λ\lambda
L’énergie transportée par un photon

La longueur d’onde dans le vide, notée $$\lambda$$

Explication

La longueur d’onde dans le vide, notée λ\lambda, caractérise l’onde électromagnétique et s’exprime en mètres. La fréquence ν\nu caractérise aussi l’onde, mais elle s’exprime en hertz.

22. Une onde électromagnétique se propage dans le vide à la célérité cc et a une fréquence ν\nu. Quelle relation permet de calculer sa longueur d’onde λ\lambda ?

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

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

Explication

La longueur d’onde, la célérité et la fréquence sont liées par λ=cν\lambda=\frac{c}{\nu}. Multiplier la célérité par la fréquence ne donne pas la relation entre ces grandeurs.

23. Quelle distinction décrit correctement la dualité de la lumière ?

L’aspect ondulatoire la décrit comme une onde électromagnétique, et l’aspect corpusculaire comme des photons porteurs d’énergie
L’aspect ondulatoire concerne la propagation dans le vide, et l’aspect corpusculaire la propagation dans la matière
L’aspect ondulatoire décrit une lumière sans fréquence, et l’aspect corpusculaire des photons sans énergie
L’aspect ondulatoire la décrit comme des photons, et l’aspect corpusculaire comme une onde électromagnétique

L’aspect ondulatoire la décrit comme une onde électromagnétique, et l’aspect corpusculaire comme des photons porteurs d’énergie

Explication

La dualité associe une interprétation ondulatoire, caractérisée par la fréquence ou la longueur d’onde, et une interprétation corpusculaire en termes de photons véhiculant de l’énergie. La proposition qui attribue les photons à l’aspect ondulatoire inverse les deux interprétations.

24. Quelle idée Niels Bohr introduit-il en 1913 au sujet de l’énergie d’un atome ?

L’énergie atomique possède une valeur unique qui ne change pas.
L’énergie atomique varie de façon continue selon la vitesse de l’électron.
L’énergie atomique ne peut prendre que certaines valeurs discrètes.
L’énergie atomique dépend principalement de la température de l’atome.

L’énergie atomique ne peut prendre que certaines valeurs discrètes.

Explication

Bohr propose que l’énergie d’un atome ne prenne que certaines valeurs, séparées les unes des autres. L’idée d’une variation continue ne correspond pas à cette quantification.

25. Un atome se trouve dans son niveau d’énergie le plus bas : dans quel état est-il ?

Dans son état fondamental.
Dans un état excité.
Dans un état de transition.
Dans un état ionisé.

Dans son état fondamental.

Explication

L’état fondamental désigne le niveau d’énergie le plus faible de l’atome. Un état excité correspond à un niveau supérieur, tandis que l’ionisation implique qu’un électron ne soit plus attaché à l’atome.

26. Quelle description distingue correctement un état excité d’un état ionisé ?

L’état excité est le niveau le plus faible, tandis que l’état ionisé désigne un niveau d’énergie intermédiaire.
L’état excité est au-dessus du fondamental et instable, tandis que l’état ionisé correspond à un électron détaché.
L’état excité correspond à un électron détaché, tandis que l’état ionisé est un niveau supérieur au fondamental.
L’état excité est stable au niveau fondamental, tandis que l’état ionisé correspond à une transition de l’atome.

L’état excité est au-dessus du fondamental et instable, tandis que l’état ionisé correspond à un électron détaché.

Explication

Un état excité se situe au-dessus de l’état fondamental et rend l’atome instable; l’ionisation correspond au détachement d’un électron. Confondre l’état excité avec un électron détaché revient à attribuer à l’excitation la caractéristique de l’ionisation.

27. En physique atomique, que désigne une transition ?

Le détachement permanent d’un électron hors de l’atome.
La variation continue de l’énergie au sein d’un même état.
Le passage d’un atome d’un état d’énergie à un autre.
La conversion d’un proton en un électron dans le noyau.

Le passage d’un atome d’un état d’énergie à un autre.

Explication

Une transition est le passage d’un atome entre deux états d’énergie. Le détachement d’un électron est associé à l’ionisation, et non à la définition générale d’une transition.

28. Lors d’une transition atomique entre deux niveaux, quelle relation donne l’énergie du photon absorbé ou émis ?

Ephoton=Efinale+Einitiale=hνE_{\text{photon}}=E_{\text{finale}}+E_{\text{initiale}}=h\nu
Ephoton=∣Efinale−Einitiale∣hνE_{\text{photon}}=\frac{|E_{\text{finale}}-E_{\text{initiale}}|}{h\nu}
Ephoton=∣Efinale−Einitiale∣=hνE_{\text{photon}}=|E_{\text{finale}}-E_{\text{initiale}}|=h\nu
Ephoton=hν∣Efinale−Einitiale∣E_{\text{photon}}=\frac{h}{\nu}|E_{\text{finale}}-E_{\text{initiale}}|

$$E_{\text{photon}}=|E_{\text{finale}}-E_{\text{initiale}}|=h\nu$$

Explication

L’énergie du photon correspond à la valeur absolue de la différence entre les énergies finale et initiale, et elle vaut aussi hνh\nu. La somme des deux niveaux ne représente pas l’écart énergétique associé à la transition.

29. Un électron passe à un niveau plus éloigné du noyau : que se passe-t-il lors de cette transition ?

L’atome émet un photon et gagne de l’énergie.
L’atome émet un photon et perd de l’énergie.
L’atome absorbe un photon et perd de l’énergie.
L’atome absorbe un photon et gagne de l’énergie.

L’atome absorbe un photon et gagne de l’énergie.

Explication

Quand l’électron s’éloigne du noyau, il s’agit d’une absorption : l’atome gagne de l’énergie. L’émission produit au contraire une perte d’énergie et rapproche l’électron du noyau.

Révisez avec les flashcards

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Quel signe a une distance orientée dans le sens de l’axe optique pour un objet après O ?

Elle est positive.

Quelle formule définit la vergence C d’une lentille convergente ?

C=1f′C=\frac{1}{f'}

Dans quelle unité et avec quel symbole s’exprime la vergence d’une lentille convergente ?

En dioptries, de symbole δ.

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