Physique · Première · 3 leçons

Fiche de révision : Ondes et signaux

L’essentiel de chaque leçon du chapitre, tel qu’il est écrit dans le cours : à relire, à imprimer, puis à vérifier par l’entraînement.

Les notions de cette fiche

Photon et spectres atomiques — Modèle du photon E = h ν = h c / λ, niveaux d'énergie quantifiés, spectres d'émission et d'absorption, interprétation des raies.
Lentilles minces convergentes — Foyers, distance focale, construction d'image, relation de conjugaison et grandissement, modèle de l'œil.
Ondes mécaniques périodiques — Onde progressive, double périodicité (T, λ), relation λ = v T, retard, ondes sinusoïdales.

À maîtriser avant de commencer

Ces notions sont utilisées ici. Relisez-les si l’une d’elles vous échappe.

Structure de l'atome — Noyau (protons, neutrons) et électrons, neutralité électrique, ordre de grandeur des dimensions, symbole des éléments, molécules et formules.
Réfraction et loi de Snell-Descartes — Indice de réfraction, n₁ sin i₁ = n₂ sin i₂, réflexion totale, dispersion par un prisme.
Théorème de Thalès — Configurations de Thalès (triangle et papillon), égalité des rapports, réciproque, agrandissement-réduction.
Ondes et signaux sonores — Émission et propagation d'un signal sonore, vitesse de propagation, fréquence et période, hauteur et timbre, niveau sonore en dB.
Cercle trigonométrique et radians — Enroulement de la droite des réels, radian, cosinus et sinus d'un réel, valeurs remarquables, angles associés.

Le début de la fiche

Extrait de la leçon « Le photon et les spectres : la lumière par paquets d'énergie », tel qu’il figure sur la fiche.

Ce qu'il faut retenir

$E = h\,\nu = \frac{h\,c}{\lambda} \qquad (h = 6{,}63 \times 10^{-34}\ \text{J·s},\ c = 3{,}00 \times 10^{8}\ \text{m/s},\ \lambda\ \text{en m})$
$c = \lambda\,\nu$
$1\ \text{eV} = 1{,}60 \times 10^{-19}\ \text{J}$
$h\,\nu = E_{\text{haut}} - E_{\text{bas}} \qquad (\text{émission en descendant, absorption en montant})$

Tableau : Relation ou fait, Ce qu'il dit, Domaine de validité
Relation ou fait	Ce qu'il dit	Domaine de validité
$E = h\nu = hc/\lambda$	l'énergie d'un photon ne dépend que de sa fréquence	toute radiation ; $\lambda$ en mètres, dans le vide
$h\nu = E_{\text{haut}} - E_{\text{bas}}$	un photon émis ou absorbé porte exactement l'écart entre deux niveaux	transition liée permise ; énergie du photon positive, état initial approprié
spectre de raies d'émission	gaz à basse pression excité ; raies propres à l'élément	identification d'un élément
spectre continu	source chaude et dense (solide, liquide, gaz sous forte pression) ; dépend de la température	incandescence, surface des étoiles
spectre de raies d'absorption	continu strié de raies noires aux longueurs d'onde que le gaz traversé sait émettre	gaz sur le trajet de la source, niveaux initiaux appropriés peuplés

Les unités et les conversions. $\lambda$ : nanomètres dans l'énoncé, mètres dans le calcul ( $1$ nm $= 10^{-9}$ m). Énergie : joules dans $E = h\nu$ , électronvolts pour les niveaux ; J $\to$ eV : diviser par $1{,}60 \times 10^{-19}$  ; eV $\to$ J : multiplier. Un photon visible : quelques $10^{-19}$ J, soit $1{,}6$ à $3{,}3$ eV.

Les repères. Violet $380$ nm ( $3{,}3$ eV) — rouge $780$ nm ( $1{,}6$ eV) ; ultraviolet au-dessous de $380$ nm (plus énergétique), infrarouge au-dessus de $780$ nm (moins). Hydrogène : $E_n = -13{,}6/n^2$ eV ; raie rouge $656$ nm ( $n = 3 \to 2$ ). Sodium : doublet jaune près de589 nm ; une longueur d’onde représentative arrondie donne environ2,11 eV.

La méthode. Repérer le sens de la transition (descente : émission ; montée : absorption) ; soustraire les niveaux, résultat positif ; convertir en joules ; appliquer $\lambda = hc/E$  ; convertir en nanomètres ; situer par rapport aux bornes du visible données.

La suite de la fiche (2 autres notions, les pièges à éviter et la version imprimable) est réservée à votre compte.

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