QCM : Radioactivité et désintégrations nucléaires (20 questions)

Questions et réponses du QCM

1. Comment l’énergie d’un photon varie-t-elle lorsque sa fréquence augmente ?

Elle dépend uniquement de la longueur d’onde
Elle augmente proportionnellement à la fréquence
Elle reste constante quelle que soit la fréquence
Elle diminue proportionnellement à la fréquence

Elle augmente proportionnellement à la fréquence

Explication

La relation W=hνW=h\nu montre que l’énergie photonique est proportionnelle à la fréquence. La longueur d’onde est liée inversement à la fréquence, mais elle n’est pas le facteur direct de cette formule.

2. Quelle définition décrit correctement un photon ?

Une longueur d’onde associée à la propagation d’un champ électrique
Une fréquence produite par l’accélération d’une particule chargée
Un quantum d’énergie échangé entre une onde électromagnétique et la matière
Une particule matérielle qui constitue exclusivement les noyaux atomiques

Un quantum d’énergie échangé entre une onde électromagnétique et la matière

Explication

Un photon est le quantum d’énergie échangé entre une onde électromagnétique et la matière. La fréquence et la longueur d’onde décrivent l’onde électromagnétique, mais ne sont pas elles-mêmes des photons.

3. Une onde lumineuse possède une fréquence de 6,0×1014 Hz6{,}0\times10^{14}\ \mathrm{Hz} et se propage à 3,0×108 m s−13{,}0\times10^8\ \mathrm{m\,s^{-1}}. Quelle est sa longueur d’onde ?

2,0×106 m2{,}0\times10^{6}\ \mathrm{m}
1,8×1023 m1{,}8\times10^{23}\ \mathrm{m}
9,0×1014 m9{,}0\times10^{14}\ \mathrm{m}
5,0×10−7 m5{,}0\times10^{-7}\ \mathrm{m}

$$5{,}0\times10^{-7}\ \mathrm{m}$$

Explication

La relation λν=c\lambda\nu=c donne λ=c/ν=(3,0×108)/(6,0×1014)=5,0×10−7 m\lambda=c/\nu=(3{,}0\times10^8)/(6{,}0\times10^{14})=5{,}0\times10^{-7}\ \mathrm{m}. Les autres valeurs résultent d’une multiplication ou d’une combinaison incorrecte des grandeurs.

4. Quelle relation exprime l’équivalence entre la masse et l’énergie ?

E=c2/mE=c^2/m
E=m/c2E=m/c^2
E=mc2E=mc^2
E=mcE=mc

$$E=mc^2$$

Explication

La relation d’Einstein est E=mc2E=mc^2 : une masse peut être convertie en une quantité d’énergie proportionnelle au carré de la célérité de la lumière. La division par c2c^2 ne donne pas l’énergie associée à une masse.

5. Que représente une unité de masse atomique unifiée ?

La masse totale d’un atome d’hydrogène ionisé
L’énergie cinétique d’un électron soumis à un volt
Une unité d’énergie valant environ 1,60×10−19 J1{,}60\times10^{-19}\ \mathrm{J}
Un douzième de la masse d’un atome de carbone 12

Un douzième de la masse d’un atome de carbone 12

Explication

L’uma est définie comme 1/121/12 de la masse d’un atome de carbone 12 et vaut environ 1,66054×10−27 kg1{,}66054\times10^{-27}\ \mathrm{kg}. L’électronvolt est une unité d’énergie, ce qui le distingue de l’uma, unité de masse.

6. Un noyau contient 17 protons et 18 neutrons. Quel est son nombre de masse ?

A=17A=17
A=35A=35
A=18A=18
A=1A=1

$$A=35$$

Explication

Le nombre de masse compte tous les nucléons, donc A=Z+N=17+18=35A=Z+N=17+18=35. La valeur 17 correspond au nombre de protons et la valeur 18 au nombre de neutrons.

7. Un noyau possède un nombre de masse A=56A=56 et un nombre de protons Z=26Z=26. Combien contient-il de neutrons ?

N=82N=82
N=30N=30
N=2 ×26N=2\,\times26
N=26N=26

$$N=30$$

Explication

Le nombre de neutrons se calcule par N=A−ZN=A-Z, soit N=56−26=30N=56-26=30. Le nombre Z=26Z=26 désigne les protons et ne correspond pas au nombre de neutrons.

8. Quelle interaction explique à la fois la cohésion à courte portée des nucléons et la répulsion entre protons ?

Les deux interactions attirent les protons avec une intensité indépendante de la distance
Les forces fortes repoussent les nucléons, tandis que les forces électromagnétiques les attirent
Les forces électromagnétiques assurent la cohésion nucléaire, tandis que les forces fortes séparent les nucléons
Les forces fortes attirent les nucléons, tandis que les forces électromagnétiques repoussent les protons

Les forces fortes attirent les nucléons, tandis que les forces électromagnétiques repoussent les protons

Explication

Les forces nucléaires fortes sont attractives entre nucléons à très courte portée, alors que l’interaction électromagnétique est répulsive entre protons. La cohésion du noyau résulte donc de la compétition entre ces comportements.

9. Comment définit-on l’énergie de liaison d’un noyau ?

Comme l’énergie nécessaire pour éloigner deux protons sans modifier les neutrons
Comme la masse des neutrons moins celle des protons du noyau
Comme la différence entre la masse des nucléons séparés et celle du noyau constitué
Comme l’énergie cinétique totale des électrons entourant le noyau

Comme la différence entre la masse des nucléons séparés et celle du noyau constitué

Explication

L’énergie de liaison correspond à la différence entre la masse des nucléons séparés et la masse du noyau formé, convertie en énergie par la relation masse-énergie. Elle ne se confond pas avec l’énergie des électrons ni avec une simple différence entre protons et neutrons.

10. Quelle définition décrit correctement la radioactivité ?

L’excitation d’un électron atomique suivie de l’émission d’un photon
La formation d’un noyau stable après absorption d’une particule incidente
L’émission spontanée d’une particule ou d’un rayonnement par un noyau instable
La séparation contrôlée d’un noyau lourd en deux noyaux de masses comparables

L’émission spontanée d’une particule ou d’un rayonnement par un noyau instable

Explication

La radioactivité correspond à l’émission spontanée d’une particule ou d’un rayonnement par un noyau dont la composition est inadéquate. La séparation d’un noyau lourd en deux fragments relève plutôt de la fission nucléaire.

11. Un noyau stable devient radioactif après avoir été bombardé par des particules : de quel type de radioactivité s’agit-il ?

D’une désintégration alpha ordinaire
D’une radioactivité provoquée
D’une radioactivité spontanée
D’une émission gamma naturelle

D’une radioactivité provoquée

Explication

La radioactivité provoquée résulte du bombardement d’un noyau stable par des particules ou des photons. La radioactivité spontanée apparaît dans un noyau instable sans bombardement préalable.

12. Quelle caractéristique correspond au noyau de fer 56, considéré comme le plus stable ?

Il possède Z=30Z=30 et N=26N=26.
Il possède Z=26Z=26 et N=56N=56.
Il possède Z=26Z=26 et N=30N=30.
Il possède Z=56Z=56 et N=26N=26.

Il possède $$Z=26$$ et $$N=30$$.

Explication

Le fer 56 contient 26 protons et 30 neutrons, soit un nombre de masse égal à 56. Le nombre de masse est la somme de ZZ et de NN, et non le nombre de protons seul.

13. Deux noyaux sont des isotopes lorsqu’ils possèdent…

le même nombre de protons et des nombres de neutrons différents
des nombres égaux de protons et de neutrons dans chaque noyau
le même nombre de nucléons et des nombres de protons différents
des nombres de protons différents et le même nombre de neutrons

le même nombre de protons et des nombres de neutrons différents

Explication

Des isotopes appartiennent au même élément, donc possèdent le même nombre de protons, mais leurs nombres de neutrons diffèrent. Des nombres de protons différents correspondent à des éléments chimiques différents.

14. Lors d’une désintégration alpha, comment évoluent le nombre de masse et le nombre de protons du noyau fils ?

Le nombre de masse augmente de 4 et le nombre de protons augmente de 2.
Le nombre de masse reste constant et le nombre de protons diminue de 1.
Le nombre de masse diminue de 2 et le nombre de protons diminue de 4.
Le nombre de masse diminue de 4 et le nombre de protons diminue de 2.

Le nombre de masse diminue de 4 et le nombre de protons diminue de 2.

Explication

Une particule alpha est un noyau d’hélium contenant deux protons et deux neutrons, donc quatre nucléons. Son émission retire ainsi 4 unités au nombre de masse et 2 au numéro atomique.

15. Quelle distinction entre la désintégration bêta plus et la capture électronique est correcte ?

La bêta plus émet un photon, tandis que la capture électronique libère un noyau d’hélium.
La bêta plus absorbe un électron, tandis que la capture électronique émet un positron.
La bêta plus transforme un neutron en proton, tandis que la capture électronique transforme un proton en neutron.
La bêta plus émet un positron, tandis que la capture électronique absorbe un électron du cortège.

La bêta plus émet un positron, tandis que la capture électronique absorbe un électron du cortège.

Explication

Dans la désintégration bêta plus, un proton devient un neutron avec émission d’un positron et d’un neutrino. Lors d’une capture électronique, le noyau capture un électron du cortège et un proton se transforme également en neutron.

16. Que se produit-il lors d’une émission gamma ?

Un électron du cortège est capturé par le noyau avec émission d’un neutrino.
Un proton se transforme en neutron avec émission d’un positron.
Un noyau lourd émet un noyau d’hélium en diminuant son nombre de masse.
Un noyau excité émet un photon en passant vers un état d’énergie inférieur.

Un noyau excité émet un photon en passant vers un état d’énergie inférieur.

Explication

Le rayonnement gamma est un photon émis lorsqu’un noyau excité perd de l’énergie et atteint un état inférieur. L’émission d’un noyau d’hélium caractérise une désintégration alpha, tandis que les deux autres processus relèvent de transformations bêta.

17. Quelle expression décrit le nombre de noyaux radioactifs restants au temps tt ?

N(t)=N0eλtN(t)=N_0e^{\lambda t}
N(t)=N0−λtN(t)=N_0-\lambda t
N(t)=λN0e−tN(t)=\lambda N_0e^{-t}
N(t)=N0e−λtN(t)=N_0e^{-\lambda t}

$$N(t)=N_0e^{-\lambda t}$$

Explication

La décroissance radioactive suit une loi exponentielle décroissante, N(t)=N0e−λtN(t)=N_0e^{-\lambda t}, où λ\lambda est la constante radioactive. Une exponentielle croissante ne décrit pas la diminution progressive du nombre de noyaux.

18. Une source possède une période radioactive de TT. Après combien de temps son nombre de noyaux radioactifs vaut-il N0/2N_0/2 ?

Après une durée égale à 7T7T
Après une durée égale à TT
Après une durée égale à T/2T/2
Après une durée égale à 2T2T

Après une durée égale à $$T$$

Explication

La période radioactive est le temps nécessaire pour diviser le nombre de noyaux par deux et vérifie T=ln⁡2λT=\frac{\ln 2}{\lambda}. Une durée de 7T7T correspond plutôt à une quantité résiduelle proche de 1 %.

19. Quelle relation exprime correctement l’activité radioactive d’un échantillon ?

A(t)=N0e−λt=N(t)−λA(t)=N_0e^{-\lambda t}=N(t)-\lambda
A(t)=A0eλt=N(t)/λA(t)=A_0e^{\lambda t}=N(t)/\lambda
A(t)=λtN(t)=A0+λtA(t)=\lambda tN(t)=A_0+\lambda t
A(t)=A0e−λt=λN(t)A(t)=A_0e^{-\lambda t}=\lambda N(t)

$$A(t)=A_0e^{-\lambda t}=\lambda N(t)$$

Explication

L’activité décroît comme le nombre de noyaux et vaut A(t)=A0e−λt=λN(t)A(t)=A_0e^{-\lambda t}=\lambda N(t). Elle mesure un débit de désintégrations, alors que N(t)N(t) représente le nombre de noyaux radioactifs présents.

20. Quelle équivalence d’unités est correcte ?

Un becquerel correspond à une désintégration par minute, tandis qu’un curie vaut 3,7×1063{,}7\times10^6 désintégrations par seconde.
Un becquerel vaut 3,7×10103{,}7\times10^{10} désintégrations par seconde, tandis qu’un curie correspond à une désintégration par seconde.
Un becquerel mesure le nombre de noyaux présents, tandis qu’un curie mesure leur masse totale.
Un becquerel correspond à une désintégration par seconde, tandis qu’un curie vaut 3,7×10103{,}7\times10^{10} désintégrations par seconde.

Un becquerel correspond à une désintégration par seconde, tandis qu’un curie vaut $$3{,}7\times10^{10}$$ désintégrations par seconde.

Explication

Le becquerel est défini comme une désintégration par seconde, tandis que le curie correspond à 3,7×10103{,}7\times10^{10} désintégrations par seconde. Ces deux unités mesurent donc une activité radioactive, et non un nombre de noyaux ou une masse.

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Mémorisez les réponses avec 39 flashcards sur Radioactivité et désintégrations nucléaires.

Quelle formule donne l'énergie d'un photon en fonction de sa fréquence ?

W=hνW=h\nu

Qu'est-ce qu'un photon en physique ?

Le quantum d’énergie échangé entre une onde électromagnétique et la matière.

Quelle relation lie longueur d’onde, fréquence et célérité de la lumière ?

λν=c\lambda\nu=c

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