QCM lumière photons : dix questions pour tester ta maîtrise de la lumière et des photons : énergie d’un photon, niveaux d’énergie, interactions lumière-matière et effet photoélectrique. Choisis une seule réponse par question, puis lis l’explication.
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Quelle est l’expression de l’énergie d’un photon de longueur d’onde λ dans le vide ?
E = h ν et ν = c ÷ λ : l’énergie est inversement proportionnelle à λ.
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Quelle est l’énergie d’un photon de longueur d’onde 500 nm (h = 6,63 × 10⁻³⁴ J·s, c = 3,00 × 10⁸ m/s) ?
E = 6,63 × 10⁻³⁴ × 3,00 × 10⁸ ÷ 5,00 × 10⁻⁷ ≈ 3,98 × 10⁻¹⁹ J.
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Combien vaut 1 électronvolt en joules ?
1 eV est l’énergie acquise par un électron de charge e = 1,60 × 10⁻¹⁹ C sous 1 V.
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Parmi ces photons, lequel est le plus énergétique ?
L’énergie augmente quand la longueur d’onde diminue : 300 nm est la plus courte.
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Un atome d’hydrogène passe de E₃ = −1,51 eV à E₂ = −3,40 eV. Que se passe-t-il ?
L’atome perd de l’énergie : il émet un photon d’énergie |E₃ − E₂| = 1,89 eV.
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Quelle est l’énergie d’ionisation de l’hydrogène dans son état fondamental ?
Pour libérer l’électron il faut passer de E₁ = −13,6 eV à 0 : 13,6 eV.
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Que caractérise le photon émis par émission stimulée par rapport au photon incident ?
L’émission stimulée clone le photon incident, ce qui rend la lumière du laser cohérente.
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Quelle est la condition pour que l’effet photoélectrique se produise ?
L’énergie d’un photon h ν doit au moins égaler W₀ ; l’intensité n’intervient pas.
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Un photon de 3,1 eV éclaire un métal de travail d’extraction 2,3 eV. Quelle est l’énergie cinétique maximale des électrons émis ?
E<sub>c,max</sub> = h ν − W₀ = 3,1 − 2,3 = 0,8 eV.
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On double l’intensité d’une lumière dont la fréquence est inférieure à la fréquence seuil du métal. Que se passe-t-il ?
Chaque photon reste trop peu énergétique : l’intensité ne change que le nombre de photons.
Les notions passées en revue dans ce QCM lumière photons
- Énergie d’un photon E = h ν = h c ÷ λ et unité électronvolt
- Niveaux d’énergie quantifiés et énergie de transition
- Absorption, émission spontanée et émission stimulée
- Principe du laser et inversion de population
- Effet photoélectrique : E<sub>c,max</sub> = h ν − W₀ et fréquence seuil
Le piège classique
Par ailleurs, le piège classique : croire qu’une lumière plus intense (plus de photons) augmente l’énergie de chaque photon ou permet de dépasser le seuil de l’effet photoélectrique. Autre erreur fréquente : oublier de convertir les nanomètres en mètres ou les électronvolts en joules avant de calculer.
La bonne habitude
Écris h c = 1,99 × 10⁻²⁵ J·m et retiens que E (en eV) ≈ 1 240 ÷ λ (en nm) pour contrôler tes résultats. Puis pour une transition, calcule d’abord l’écart d’énergie en eV, puis convertis en joules avant de chercher la longueur d’onde.
Questions fréquentes
Pourquoi la lumière rouge, même intense, n’arrache-t-elle pas d’électrons à certains métaux ?
Parce qu’un électron n’absorbe qu’un seul photon à la fois, et que l’énergie d’un photon rouge est inférieure au travail d’extraction du métal. De plus, L’intensité augmente seulement le nombre de photons, pas leur énergie.
À quoi sert l’électronvolt ?
C’est une unité adaptée à l’échelle atomique : l’énergie d’un photon visible vaut quelques électronvolts, ce qui évite de manipuler des puissances de dix très négatives en joules.
Quelle est la différence entre émission spontanée et émission stimulée ?
De plus, dans l’émission spontanée, l’atome excité émet un photon de façon aléatoire en direction et en phase. Ensuite, dans l’émission stimulée, un photon incident provoque l’émission d’un photon identique : c’est le principe du laser.
Pourquoi les spectres de raies identifient-ils un élément chimique ?
Donc, les niveaux d’énergie sont propres à chaque atome ; les photons émis ou absorbés ont donc des énergies, donc des longueurs d’onde, caractéristiques de l’élément.