COURS DE SCIENCES PHYSIQUES Classe de BAC STAV

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1 NOM et Prénom de l élève : COURS DE SCIENCES PHYSIQUES Classe de BAC STAV ACTIVITÉS 1 LE SPECTRE ÉLECTROMAGNÉTIQUE 2 ASPECT ONDULATOIRE DE LA LUMIÈRE 3 ASPECT CORPUSCULAIRE DE LA LUMIÈRE 1

2 Activité 1 OBJECTIF Connaître le spectre de la lumière solaire et le spectre électromagnétique. 1- Décomposition du rayonnement visible solaire On obtient une plage multicolore s étalant du rouge au violet en passant par l orange, jaune, vert, bleu. Cette plage porte le nom de spectre de la lumière blanche. Lors de la dispersion par un prisme, la couleur rouge est la moins déviée. Une lumière monochromatique est constituée d une seule couleur. La lumière blanche est dite polychromatique. 2- Synthèse de la lumière branche : disque de Newton Lorsqu il est mis en rotation rapide autour d un axe passant par son centre, le disque paraît blanc. La lumière blanche résulte de la superposition de l ensemble du spectre. 3- Le spectre électromagnétique Le spectre électromagnétique comprend en autres les différentes couleurs du spectre visible mais aussi les ondes radio, les micro-ondes, les infrarouge, les ultra-violet, les rayons X et rayon gamma. Les ondes électromagnétiques sont classées dans un ordre précis en fonction de leurs fréquences. Ou de leurs longueurs d onde. La lumière blanche et ses composantes monochromatiques constituent la partie visible d un immense domaine : les ondes électromagnétiques. Toutes ces ondes se propagent dans le vide à la même vitesse célérité : c = m.s -1. 2

3 Activité 2 OBJECTIFS Connaître les caractéristiques d une onde Calculer une longueur d onde et une fréquence. 1- Caractéristiques d une onde Imaginez une onde sous forme d une succession de vagues : exactement ce qui se passe quand vous lancez un caillou dans l eau. On appelle longueur d onde ( ), la distance qui sépare deux vagues successives. On appelle période (T) le temps mis par l onde pour parcourir la distance d une longueur d onde. C'est-à-dire le temps mis par l onde pour effectuer le trajet [AB]. A B Imaginer maintenant que sur l eau on mette un objet flottant. Le passage de la vague va le faire monter et descendre alternativement. On appelle fréquence, le nombre d aller-retour qu il fait pendant 1 seconde. La fréquence ( ) (se dit : nu) s exprime en Hertz. Plus les aller-retour du canard sont rapides plus la fréquence est grande. 3

4 2- Période, fréquence et longueur d onde La lumière peut être considérée comme une onde qui se propage dans l air ou le vide. Dans ce cas on peut calculer une période, une fréquence et une longueur d onde. La période (T), la fréquence ( ) et la longueur d onde ( ) sont liés par les relations suivantes : symbole T C Grandeur Longueur Période Fréquence Célérité de l onde d onde Unités internationales Mètre (m) Seconde (s) Hertz (Hz) Mètre par seconde (m.s -1 ) ou (m/s) 3- Les longueurs d ondes du visible Les longueurs d ondes des radiations visibles s expriment souvent en nanomètre (nm). Le domaine du visible s étend entre 400 nm (violet) et 800 nm (rouge). (nm) [400 et 440[ [440 et 490[ [490 et 565[ [565 et 595[ [595 et 620[ [620 et 800[ Couleur de la radiation Violet Bleu Vert Jaune Orange Rouge Remarques : Unités de mesure d une longueur d onde. On peut utiliser : le micromètre et le nanomètre. Le micromètre (µm) 1µm 10-6 mètre Le nanomètre (nm) 1 nm 10-9 mètre A.N.: Calculer la période et la fréquence d une radiation de longueur d onde = 580 µm. 4

5 Activité 3 OBJECTIFS Calculer une énergie d une radiation lumineuse. 1- Aspect corpusculaire de la lumière Albert Einstein a considéré en 1905 qu un rayonnement lumineux monochromatique de longueur d onde ( ), donc de fréquence ( ), est constitué d un flux de particules, appelées photons. Chaque photon représente une quantité élémentaire d énergie, appelée quantum d énergie et proportionnelle à la fréquence ( ). h : c est la constante de Planck = 6, J/S c : célérité de la lumière = m/s symbole W C Grandeur Longueur d onde Energie Fréquence Célérité de l onde Unités internationales Mètre (m) Joule (J) Hertz (Hz) Mètre par seconde (m.s -1 ) ou (m/s) Autre unité de l énergie utilisée couramment : l électron-volt. 1 e.v. 1, Joules 2- L effet photo-électrique Un métal soumis à un rayonnement électromagnétique hautes fréquences (dans le domaine visible ou ultraviolet) émet des électrons : c'est l'effet photoélectrique. La fréquence à partir de laquelle le métal éjecte des électrons dépend du métal. Einstein va supposer qu'un électron du métal peut absorber un seul quantum d'énergie. Si cette énergie du rayonnement est supérieure à une certaine valeur, appelé travail d'extraction W, alors l'électron est arraché du métal, et on peut observer l'effet photoélectrique. 5

6 A.N. : Calculer l énergie d une radiation en joules et en e.v. dont la longueur d onde = 580 nm. A.N. : Calculer la longueur d onde d une radiation dont l énergie est égale a 2,79 ev. Quelle est la couleur de la radiation. 6

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