NOM et Prénom de l élève : COURS DE SCIENCES PHYSIQUES Classe de BAC TECHNO ① LA LUMIÈRE SOLAIRE ② ASPECT ONDULATOIRE DE LA LUMIÈRE ③ ASPECT CORPUSCULAIRE DE LA LUMIÈRE OBJECTIFS DES ACTIVITÉS Connaître le spectre de la lumière solaire et le spectre électromagnétique. Connaître les caractéristiques d une onde Être capable de calculer une longueur d onde et une fréquence. 1
Activité ① 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. Les ondes se propagent dans le vide à la même vitesse, c est la célérité :. 2
Activité ② 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. A B 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]. 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 que l objet fait pendant 1 seconde. La fréquence ( ) (se dit : nu) s exprime en Hertz. Plus les allers-retours du canard sont rapides plus la fréquence est grande. Les radiations violettes ont des fréquences plus élevées que les radiations rouges. donc, les longueurs d onde des radiations violettes sont plus courtes que les radiations rouges.. 3
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 Grandeur Unités internationales Longueur d onde Mètre (m) T Période Fréquence C Célérité de l onde 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 nanomètres ( domaine du visible s étend entre 400 nm (violet) et 800 nm (rouge). (nm) [400 et 440[ Couleur de la radiation Violet ). Le [440 et 490[ [490 et 565[ [565 et 595[ [595 et 620[ [620 et 800[ Bleu Vert Jaune Orange Rouge Remarques : Unités de mesure d une longueur d onde. Le micromètre (µm) Le nanomètre (nm) 1 µm 10-6 mètre 1 nm 10-9 mètre Calculer la période (T) et la fréquence ( ) d une radiation de longueur d onde = 580 nm. 4
Activité ③ 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 = 6,62 10-34 J/S c : célérité de la lumière = 3 108 m/s symbole Grandeur Unités internationales Longueur d onde Mètre (m) W Energie Joule (J) Fréquence Hertz (Hz) C Célérité de l onde Mètre par seconde (m.s-1) ou (m/s) Autre unité de l énergie utilisée couramment : l électron-volt. 1 e.v. 1,6 10-19 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
Ex N 1 : Calculer l énergie d une radiation en joules et en e.v. dont la longueur d onde de la radiation : = 580 nm. Ex N 2 : Calculer la longueur d onde d une radiation dont l énergie est égale à W = 2,79 ev. Quelle est la couleur de la radiation. 6