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Introduction à la physique quantique : photons et niveaux d'énergie

Fiche de révision · Physique-Chimie · Term

L'essentiel du cours

  1. Chapitre 1 : Le photon : un quantum de lumière

    La lumière est constituée de photons dont l'énergie est quantifiée : E = hν.

  2. Chapitre 2 : Les niveaux d'énergie de l'atome

    Les échanges d'énergie entre lumière et matière se font par sauts quantifiés entre niveaux d'énergie.

  3. Chapitre 3 : Absorption et émission de photons

    Un photon n'est absorbé ou émis que si son énergie correspond exactement à un écart entre deux niveaux.

  4. Chapitre 4 : Du laboratoire au quotidien

    La physique quantique n'est pas abstraite : elle éclaire notre quotidien, des LED aux lasers.

Teste-toi · 8 questions

  1. 1.Quelle est l'unité de la constante de Planck h ?

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    Réponse : J·s

    La constante de Planck s'exprime en joule-seconde (J·s), car E = hν avec E en joules et ν en s⁻¹.

  2. 2.L'énergie d'un photon de fréquence ν est donnée par :

    1. A.E = hν²
    2. B.E = h/ν
    3. C.E = hν
    4. D.E = ν/h
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    Réponse C : E = hν

    La relation fondamentale est E = hν, où h est la constante de Planck.

  3. 3.Un atome passe d'un niveau d'énergie -3,4 eV à -13,6 eV. Quelle est l'énergie du photon émis ?

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    Réponse : 10,2 eV

    ΔE = |-13,6 - (-3,4)| = 10,2 eV. L'atome perd de l'énergie, donc un photon de 10,2 eV est émis.

  4. 4.Quelle condition est nécessaire pour qu'un atome absorbe un photon ?

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    Réponse : L'énergie du photon doit être exactement égale à l'écart entre deux niveaux

    L'absorption n'a lieu que si l'énergie du photon correspond exactement à la différence entre deux niveaux d'énergie de l'atome.

  5. 5.Le spectre d'émission d'un atome est constitué de raies discrètes car :

    1. A.les photons ont des énergies quelconques
    2. B.la lumière est une onde
    3. C.les niveaux d'énergie sont continus
    4. D.les niveaux d'énergie sont quantifiés
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    Réponse D : les niveaux d'énergie sont quantifiés

    Les niveaux d'énergie étant quantifiés, seules certaines transitions sont possibles, produisant des raies à des fréquences précises.

  6. 6.Une LED émet une lumière rouge. Si on augmente l'écart d'énergie du matériau, la lumière émise aura tendance à devenir :

    1. A.infrarouge
    2. B.plus bleue
    3. C.plus rouge
    4. D.inchangée
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    Réponse B : plus bleue

    Un plus grand écart d'énergie correspond à des photons de fréquence plus élevée, donc une couleur décalée vers le bleu.

  7. 7.L'émission stimulée est à la base du fonctionnement :

    1. A.d'un panneau photovoltaïque
    2. B.d'un laser
    3. C.d'un prisme
    4. D.d'une lampe à incandescence
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    Réponse B : d'un laser

    Le laser (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) repose sur l'émission stimulée pour produire un faisceau cohérent.

  8. 8.Un photon a une longueur d'onde de 500 nm. Sa fréquence est environ :

    1. A.3,0 × 10⁸ Hz
    2. B.5,0 × 10¹⁴ Hz
    3. C.6,0 × 10¹⁴ Hz
    4. D.1,5 × 10¹⁵ Hz
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    Réponse C : 6,0 × 10¹⁴ Hz

    ν = c/λ = 3,00 × 10⁸ / 500 × 10⁻⁹ = 6,0 × 10¹⁴ Hz.