Chapitre 11 | Première STL — spécialité Physique-chimie et mathématiques | Physique-Chimie
Dernière mise à jour : 21 octobre 2026
Durée : 1 h — Barème : /20 — Calculatrice autorisée
Les réponses doivent être justifiées. Le soin, les unités et le nombre de chiffres significatifs sont notés.
Données : \(c=3{,}0\times10^{8}\ \text{m·s}^{-1}\) ; \(h=6{,}63\times10^{-34}\ \text{J·s}\).
1. Une onde électromagnétique peut-elle se propager dans le vide ? Citer la valeur de la célérité de la lumière dans le vide. (1,5 pt)
2. Classer les domaines suivants par longueur d'onde décroissante : rayons X ; ondes radio ; visible ; ultraviolet ; infrarouge. (1,5 pt)
3. Donner les longueurs d'onde limites (ordres de grandeur) du spectre visible. Quelle couleur correspond à la plus grande longueur d'onde ? (1,5 pt)
4. Associer à chaque domaine une utilisation : (a) micro-ondes ; (b) rayons X ; (c) ultraviolet. (1,5 pt)
5. Parmi le rouge et le bleu, quelle lumière transporte les photons les plus énergétiques ? Justifier. (1 pt)
1. Oui, une onde électromagnétique se propage dans le vide (pas besoin de milieu matériel). \(c=3{,}0\times10^{8}\ \text{m·s}^{-1}\). (0,75 + 0,75)
2. λ décroissante : ondes radio → infrarouge → visible → ultraviolet → rayons X.
3. Visible : de \(\approx400\ \text{nm}\) (violet) à \(\approx800\ \text{nm}\) (rouge). La plus grande longueur d'onde correspond au rouge.
4. (a) micro-ondes → four à micro-ondes / Wi-Fi / radar ; (b) rayons X → radiographie médicale ; (c) UV → stérilisation / détection de faux billets / bronzage. (0,5 pt chacun)
5. Le bleu : sa longueur d'onde est plus petite, donc sa fréquence plus grande, donc \(E=h\nu\) plus grande. Le bleu est plus énergétique que le rouge.
Un laser hélium-néon utilisé en travaux pratiques émet une lumière rouge de longueur d'onde \(\lambda=633\ \text{nm}\).
1. Convertir \(\lambda\) en mètres. (1 pt)
2. Rappeler la relation entre \(\lambda\), \(c\) et \(f\), puis calculer la fréquence \(f\) de ce laser. (2,5 pts)
3. Rappeler la relation donnant l'énergie d'un photon, puis calculer l'énergie \(E\) d'un photon de ce laser. (2,5 pts)
4. On dispose aussi d'un laser vert (\(\lambda=532\) nm). Sans refaire tout le calcul, dire si l'énergie d'un de ses photons est plus grande ou plus petite que celle du laser rouge. Justifier. (2 pts)
1. \(\lambda=633\ \text{nm}=633\times10^{-9}\ \text{m}=6{,}33\times10^{-7}\ \text{m}\).
2. \(\lambda=\dfrac{c}{f}\) donc \(f=\dfrac{c}{\lambda}=\dfrac{3{,}0\times10^{8}}{633\times10^{-9}}=4{,}7\times10^{14}\ \text{Hz}\).
3. \(E=h\nu=\dfrac{hc}{\lambda}=\dfrac{6{,}63\times10^{-34}\times3{,}0\times10^{8}}{633\times10^{-9}}=3{,}1\times10^{-19}\ \text{J}\).
4. Le laser vert a une longueur d'onde plus petite (\(532\lt633\) nm), donc une fréquence plus grande, donc une énergie de photon plus grande \((E=hc/\lambda\) augmente quand λ diminue\()\).
1. Définir en une phrase un spectre continu et un spectre de raies. (2 pts)
2. Pour chacune de ces sources, indiquer le type de spectre attendu : (a) lampe à incandescence ; (b) lampe spectrale au sodium ; (c) laser. (1,5 pt)
3. On observe le spectre de la lumière blanche après passage dans une solution : c'est un fond continu barré de bandes sombres. Comment nomme-t-on ce spectre ? Que révèle-t-il ? (1,5 pt)
1. Spectre continu : toutes les couleurs se succèdent sans interruption. Spectre de raies : seules quelques longueurs d'onde précises apparaissent (raies fines séparées par du noir).
2. (a) incandescence → spectre continu ; (b) lampe au sodium → spectre de raies d'émission ; (c) laser → une seule raie (monochromatique).
3. C'est un spectre d'absorption. Les bandes sombres correspondent aux longueurs d'onde absorbées par la solution : leur position renseigne sur la nature (et permet le dosage) de l'espèce colorée dissoute.