Analyse détaillée d'exercices réalisés sous forme de QCM. A propos de la lumière : diffraction ; photon ; émission ; absorption

Diffraction. Texte : Longueur d'onde dans le vide l=640 nm ; D = 4 m ; largeur de la tache centrale de diffraction L =16 mm. Analyse : Question relative au diamètre du fil. tan q = ½L/D voisin de q radian pour les angles petits. d'autre part q = l/a. avec : l longueur d'onde (m) et a : diamètre du fil (m) en tenant compte des deux relations ci-dessus : ½L/D=l/a soit a=2lD/L ou L = 2l D/a. a= 2* 640 10-9*4/ 1,6 10-2 = 320 10-6 m ; a = 320 mm. La largeur de la tache centrale de diffraction est : - inversement proportionnelle à la largeur de la fente notée a. - proportionnelle à la longueur d'onde   Photon. Texte : énergie du photon : E= 2 MeV. 1eV = 1,6 10-19 J ; h= 6,6 10-34 J s ; c= 3,0 108 m/s. Question relative à la longueur d'onde du photon. E= hc/l soit l = hc/E avec E= 2 106 eV; E= 2 106*1,6 10-19 = 3,2 10-13 J. l =6,6 10-34 *3,0 108 / 3,2 10-13 = 6,2 10-13 m ; l = 0,62 10-12 m = 0,62 pm. Si l'énergie du photon augmente, alors la longueur d'onde diminue. Ainsi si l'énergie du photon double, la longueur d'onde devient 0,31 pm.   Longueur d'onde et indice de réfraction n. Texte : longueur d'onde l0 = 0,64 mm dans l'air ou le vide. L'indice de réfraction de l'eau est n = 1,33. Analyse : Question relative à la longueur d'onde dans un milieu transparent d'indice n. La fréquence est la grandeur qui caractérise une onde : elle reste constante, alors que la lonueur d'onde l et la célérité c dépendent du milieu de propagation. lair = c f ; leau = ceau f ; lair /leau = c/ ceau = n or par définition n = c/ ceau. soit leau =lair /n . leau = = 0,64/1,33 = 0,64*3/4=0,48 m m.     Web www.chimix.com Emission, absorption. Texte : un atome d'hydrogène excité émet dans le vide une radiation de longueur d'onde l=112 nm. célérité du son dans l'air : 340 m/s ; célérité de la lumière dans le vide : 3,0 108 m/s. Constante de plank h= 6,62 10-34 Js. Analyse : Question relative à la partie du spectre où se situe cette radiation. Les longueurs d'onde du spectre visible sont comprises entre 400 à 800 nm. De part et d'autre on trouve l'infrarouge ( l >800 nm ) et l'ultra violet (l < 400 nm) . La radiation appartient donc au domaine UV. Question relative à la fréquence de cette radiation. lair = c f ; f = c /l= 3 108/112 10-9 = 2,68 1015 Hz. Question relative à l'énergie du photon. E= hc/l E= 6,6 10-34 *3,0 108 / 112 10-9 = 1,77 10-18 J. 1,77 10-18 /1,6 10-19 = 11 eV. Question relative aux mots " émission ou absorption". L'atome d'hydrogène excité cède de l'énergie en revenant à un état de moindre énergie : cette énergie se retrouve dans l'émission d'un photon. Un atome d'hydrogène dans son état fondamental est susceptible d'absorber un photon d'énergie convenable. L'atome d'hydrogène gagne de l'énergie.

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