Quiz: Spectres de la lumière et transition atomique — 24 Fragen

Detaillierte Fragen und Antworten

1. Quelle affirmation décrit correctement la lumière monochromatique ?

Elle est constituée d’une seule fréquence.
Elle est un mélange de toutes les fréquences visibles.
Elle ne transporte pas d’énergie.
Elle est constituée de plusieurs fréquences.

Elle est constituée d’une seule fréquence.

Erklärung

Une lumière monochromatique ne comporte qu’une seule fréquence, donc une seule longueur d’onde dans le vide. À l’inverse, la lumière blanche est un mélange de radiations de fréquences différentes.

2. Quelle caractéristique distingue la lumière blanche de la lumière monochromatique ?

Elle contient plusieurs fréquences différentes.
Elle correspond à une seule longueur d’onde.
Elle est forcément invisible à l’œil humain.
Elle ne se propage pas dans le vide.

Elle contient plusieurs fréquences différentes.

Erklärung

La lumière blanche est polychromatique : elle réunit plusieurs radiations de fréquences et de longueurs d’onde différentes. Une lumière monochromatique n’en possède qu’une seule.

3. Quel appareil permet de décomposer la lumière en ses différentes radiations ?

Un prisme ou un réseau.
Un miroir plan.
Une lentille divergente seule.
Un filtre polarisant.

Un prisme ou un réseau.

Erklärung

Un prisme ou un réseau disperse la lumière et permet d’observer son spectre. Une lentille ou un miroir ne réalise pas cette décomposition spectrale.

4. Quel aspect correspond à un spectre obtenu par décomposition de la lumière blanche ?

Une succession de radiations colorées du rouge au violet.
Une seule raie colorée unique.
Des raies noires sur fond coloré.
Un fond noir sans aucune couleur.

Une succession de radiations colorées du rouge au violet.

Erklärung

Le spectre de la lumière blanche est continu et s’étend du rouge au violet. Les raies noires sur fond coloré caractérisent au contraire un spectre d’absorption.

5. Quelle est la plage de longueurs d’onde du domaine visible donnée dans le cours ?

De 800 nm à 1600 nm.
De 40 nm à 80 nm.
De 1 nm à 10 nm.
De 400 nm à 800 nm.

De 400 nm à 800 nm.

Erklärung

Le domaine visible est situé approximativement entre 400 et 800 nm. Les autres intervalles correspondent à des domaines très différents du spectre électromagnétique.

6. Comment s’exprime la longueur d’onde dans le vide pour une radiation monochromatique ?

En secondes.
En volts.
En mètres ou en nanomètres.
En newtons.

En mètres ou en nanomètres.

Erklärung

La longueur d’onde est une grandeur de longueur, donc elle s’exprime en mètres dans le SI, ou en nanomètres en pratique. Les autres unités ne sont pas adaptées à cette grandeur.

7. Qu’est-ce qu’un photon ?

Une onde mécanique qui a besoin d’un support matériel.
Un atome excité qui émet de la lumière.
Un quantum de rayonnement électromagnétique porteur d’énergie.
Une particule chargée de masse importante.

Un quantum de rayonnement électromagnétique porteur d’énergie.

Erklärung

Le photon est le quantum de rayonnement électromagnétique associé à la lumière et porteur d’énergie. Il est sans masse et électriquement neutre.

8. Quelle idée résume la dualité onde-corpuscule de la lumière ?

La lumière peut se comporter comme une onde ou comme des particules selon l’expérience.
La lumière est uniquement un flux de particules.
La lumière ne possède ni fréquence ni énergie.
La lumière est uniquement une onde.

La lumière peut se comporter comme une onde ou comme des particules selon l’expérience.

Erklärung

La dualité onde-corpuscule signifie qu’une même lumière peut être décrite par un modèle ondulatoire ou particulaire selon l’expérience. Le modèle ondulatoire seul ne suffit pas à tout expliquer.

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

c = ν/λ
c = λ + ν
c = λν
c = λ/ν

c = λν

Erklärung

Dans le vide, la célérité vérifie bien c = λν. Les autres expressions ne sont pas homogènes avec les unités de longueur, fréquence et vitesse.

10. Si la fréquence d’une radiation augmente, que devient sa longueur d’onde dans le vide ?

Elle diminue.
Elle devient nulle.
Elle augmente.
Elle reste constante.

Elle diminue.

Erklärung

Comme c = λν, à célérité fixée une augmentation de ν implique une diminution de λ. C’est l’inverse qui se produit si la fréquence baisse.

11. Quelle formule donne l’énergie d’un photon ?

E = hcν
E = hν
E = h/ν
E = ν/h

E = hν

Erklärung

L’énergie d’un photon est proportionnelle à sa fréquence selon E = hν. La constante de Planck h relie ainsi l’énergie et la fréquence du rayonnement.

12. Que se passe-t-il quand la fréquence d’un photon augmente ?

Sa longueur d’onde augmente.
Son énergie diminue.
Son énergie augmente.
Sa masse devient non nulle.

Son énergie augmente.

Erklärung

Puisque E = hν, l’énergie croît avec la fréquence. La longueur d’onde, elle, diminue quand la fréquence augmente.

13. Quelle conversion est correcte entre joule et électronvolt ?

1 eV = 3,00 × 10^8 J
1 eV = 1,60 × 10^19 J
1 eV = 6,63 × 10^-34 J
1 eV = 1,60 × 10^-19 J

1 eV = 1,60 × 10^-19 J

Erklärung

L’électronvolt est défini comme une unité d’énergie valant 1,60 × 10^-19 J. Cette conversion permet de passer des joules aux électronvolts en divisant par cette valeur.

14. Comment convertir une énergie exprimée en joules en électronvolts ?

En la divisant par 1,60 × 10^-19 J.
En la multipliant par 1,60 × 10^-19 J.
En la multipliant par 3,00 × 10^8 m·s^-1.
En la divisant par 6,63 × 10^-34 J·s.

En la divisant par 1,60 × 10^-19 J.

Erklärung

Pour obtenir une valeur en eV, on divise l’énergie en joules par 1,60 × 10^-19 J. C’est la relation utilisée pour convertir l’énergie d’un photon.

15. Que signifie la quantification de l’énergie d’un atome ?

L’atome ne possède jamais d’énergie.
L’énergie de l’atome ne peut prendre que certaines valeurs discrètes.
L’énergie de l’atome peut varier de manière continue.
L’énergie dépend uniquement de la température ambiante.

L’énergie de l’atome ne peut prendre que certaines valeurs discrètes.

Erklärung

La quantification signifie que l’atome ne peut occuper que des niveaux d’énergie précis. Ces valeurs discrètes sont représentées sur un diagramme de niveaux.

16. Quel niveau d’énergie correspond à l’état fondamental d’un atome ?

Un niveau situé entre deux états excités.
Un niveau impossible à atteindre.
Le niveau d’énergie le plus élevé.
Le niveau d’énergie le plus bas.

Le niveau d’énergie le plus bas.

Erklärung

L’état fondamental est le niveau d’énergie le plus bas de l’atome. Les états excités sont tous situés au-dessus de ce niveau.

17. Lorsqu’un atome passe d’un niveau d’énergie élevé à un niveau plus bas, que se produit-il ?

Il émet un photon.
Il absorbe un photon.
Il perd ses électrons.
Il augmente sa masse.

Il émet un photon.

Erklärung

Une transition vers un niveau plus bas correspond à une désexcitation et s’accompagne de l’émission d’un photon. L’énergie libérée vaut la différence entre les deux niveaux.

18. Pourquoi un spectre d’émission d’un atome présente-t-il plusieurs raies ?

Parce que la lumière blanche ne contient qu’une seule couleur.
Parce que les photons ont tous la même énergie.
Parce qu’il existe plusieurs transitions possibles entre niveaux d’énergie.
Parce que les niveaux d’énergie sont continus.

Parce qu’il existe plusieurs transitions possibles entre niveaux d’énergie.

Erklärung

Chaque raie correspond à une transition précise entre deux niveaux quantifiés. Plusieurs transitions possibles donnent donc plusieurs raies colorées.

19. À quoi correspondent les raies noires d’un spectre d’absorption ?

Aux longueurs d’onde émises par l’élément.
Aux longueurs d’onde inexistantes dans la lumière blanche.
Aux longueurs d’onde absorbées par l’élément.
Aux zones où l’élément réfléchit totalement la lumière.

Aux longueurs d’onde absorbées par l’élément.

Erklärung

Les raies noires apparaissent là où l’élément retire certaines longueurs d’onde au faisceau lumineux. Elles traduisent donc une absorption sélective.

20. Pourquoi le spectre d’absorption permet-il d’identifier un élément ?

Parce qu’il ne dépend que de la température du laboratoire.
Parce qu’il est identique pour tous les éléments.
Parce que ses raies caractéristiques ont des positions propres à cet élément.
Parce qu’il montre seulement une couleur uniforme.

Parce que ses raies caractéristiques ont des positions propres à cet élément.

Erklärung

Chaque élément possède un ensemble de raies caractéristiques liées à ses niveaux d’énergie. Ces positions sont spécifiques et servent de signature.

21. Quand une image formée par une lentille convergente est-elle réelle ?

Quand elle ne peut pas être observée sur un écran.
Quand elle peut être recueillie sur un écran.
Quand elle a le même sens que l’objet.
Quand elle est toujours plus petite que l’objet.

Quand elle peut être recueillie sur un écran.

Erklärung

Une image réelle peut être projetée sur un écran. Une image virtuelle, au contraire, ne peut pas être recueillie sur un écran.

22. Comment reconnaît-on une image virtuelle avec les critères donnés ?

Par la condition g' = 0.
Par la condition |xA'| < g'.
Par la condition |xA'| > g'.
Par la condition xA' = 0.

Par la condition |xA'| < g'.

Erklärung

Pour une lentille convergente, une image est virtuelle lorsque la distance image vérifie |xA'| < g'. Si |xA'| > g', l’image est réelle.

23. Quelle relation de conjugaison est donnée pour une lentille mince convergente ?

1/xA' = 1/xA + 1/f'
1/f' = xA' + xA
1/xA' = xA + f'
xA' = xA × f'

1/xA' = 1/xA + 1/f'

Erklärung

La relation de conjugaison relie les positions de l’objet et de l’image à la distance focale. Elle s’écrit bien sous la forme 1/xA' = 1/xA + 1/f'.

24. Que représente le grandissement γ d’une lentille ?

La distance entre l’objet et l’écran.
La puissance électrique de la lentille.
Le rapport entre la taille de l’image et celle de l’objet.
La couleur de l’image formée.

Le rapport entre la taille de l’image et celle de l’objet.

Erklärung

Le grandissement compare la taille de l’image à celle de l’objet et peut aussi porter un signe lié au sens de l’image. Il est sans unité.

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Lumière monochromatique — définition ?

Une seule fréquence et longueur d’onde.

Lumière blanche — composition ?

Mélange de plusieurs radiations de différentes longueurs d’onde.

Photon — nature ?

Particule sans masse transportant de l’énergie.

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