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Chapitre 9 – Exercices par capacités

Ondes électromagnétiques  |  1ère Bac Pro ERA-MA  |  Physique-Chimie

Dernière mise à jour : 21 octobre 2026

Capacités du chapitre (codes du cours) :

Pour aller plus loin, hors programme du groupement 3 : les spectres continus et de raies (C4), et la répartition d'un rayonnement entre transmission, absorption et réflexion, \(\tau + \alpha + \rho = 1\).

C1 — Situer une radiation dans le spectre électromagnétique

Rappel de cours

Une onde électromagnétique se propage dans le vide. Elle transporte de l'énergie et peut transmettre de l'information. Les domaines du spectre, par longueurs d'onde croissantes (donc fréquences décroissantes) :

Rayons γ | Rayons X | UV | Visible | IR | Micro-ondes | Radio

À connaître : le visible va d'environ 400 nm (violet) à 800 nm (rouge). Les limites des autres domaines sont données dans les énoncés.

Exercice 1

Classer les rayonnements suivants dans l'ordre des longueurs d'onde croissantes :

Micro-ondes — Lumière visible — Rayons X — Infrarouge — Ultraviolets

Exercice 2

a) Donner les limites du domaine visible, en nm, et la couleur perçue à chaque limite.

b) Parmi les radiations de longueurs d'onde 350 nm, 450 nm, 750 nm et 900 nm, lesquelles sont visibles ? Justifier.

Exercice 3

Indiquer à quel domaine du spectre électromagnétique appartient chaque rayonnement et donner l'intervalle de longueurs d'onde de ce domaine :

  1. Lumière rouge d'une diode de détecteur
  2. Rayonnement d'une lampe de séchage UV en finition bois
  3. Rayonnement d'un panneau chauffant infrarouge

Données : rayons X de 0,01 nm à 10 nm ; UV de 10 nm à 400 nm ; IR de 800 nm à 1 mm ; micro-ondes de 1 mm à 30 cm ; ondes radio au-delà de 30 cm. 1 µm = 1 000 nm ; 1 mm = 106 nm.

Exercice 4

Données : rayons X de 0,01 nm à 10 nm ; UV de 10 nm à 400 nm ; IR de 800 nm à 1 mm ; micro-ondes de 1 mm à 30 cm ; ondes radio au-delà de 30 cm. 1 µm = 1 000 nm ; 1 mm = 106 nm.

RadiationABCDE
Longueur d'onde5 nm250 nm10 µm12 cm3 m

a) Nommer le domaine de chaque radiation.

b) Ranger les radiations de la plus grande fréquence à la plus petite. Justifier.

Exercice 5

Une onde radio FM a une longueur d'onde d'environ 3 m. Une lumière verte a une longueur d'onde de 550 nm.

a) Laquelle a la plus grande longueur d'onde ?

b) Laquelle a la plus grande fréquence ? Justifier sans calcul.

Exercice 6

Un élève affirme : « La lumière du Soleil a besoin de l'air pour arriver jusqu'à nous, comme le son. » Expliquer son erreur.

C2 — Relier fréquence, longueur d'onde et célérité dans le vide

Rappel de cours

Dans le vide : \(\lambda = \dfrac{c}{f}\) et \(f = \dfrac{c}{\lambda}\), avec :

  • \(c = 3{,}00 \times 10^8\) m/s (célérité de la lumière dans le vide)
  • \(\lambda\) : longueur d'onde en mètres (m)
  • \(f\) : fréquence en hertz (Hz)

Conversions : 1 nm = \(10^{-9}\) m ; 1 µm = \(10^{-6}\) m ; 1 MHz = \(10^6\) Hz ; 1 GHz = \(10^9\) Hz.

Exercice 7

Une station de radio FM émet à la fréquence \(f = 100\) MHz.

a) Convertir cette fréquence en hertz.

b) Calculer la longueur d'onde dans le vide.

Exercice 8

Une lampe UV de séchage émet à une longueur d'onde \(\lambda = 365\) nm. Calculer la fréquence de ce rayonnement.

Exercice 9

Une box Internet émet en Wi-Fi à la fréquence de 5 GHz. Calculer la longueur d'onde dans le vide, en m puis en cm.

Exercice 10

Un capteur de sécurité infrarouge émet à \(f = 3 \times 10^{13}\) Hz. Calculer la longueur d'onde correspondante et vérifier que c'est bien de l'infrarouge (λ > 800 nm).

Exercice 11

La lumière bleue d'un laser de gravure a \(\lambda = 450\) nm. La lumière rouge d'un pointeur laser a \(\lambda = 650\) nm.

a) Calculer les deux fréquences.

b) Vérifier que la radiation de plus petite longueur d'onde a la plus grande fréquence.

Exercice 12

Dans le vide, on compare deux ondes.

a) La fréquence de l'onde B est le double de celle de l'onde A. Comparer leurs longueurs d'onde.

b) La longueur d'onde de l'onde D est le triple de celle de l'onde C. Comparer leurs fréquences.

Exercice 13

Pour une radiation de 600 nm, un élève écrit : \(f = \dfrac{3 \times 10^8}{600} = 5 \times 10^5\) Hz.

a) Trouver son erreur.

b) Faire le calcul juste. Pourquoi un résultat de \(5 \times 10^5\) Hz devait-il alerter ?

C3 — Associer sources, détecteurs et usages des ondes

Source, détecteur, information

Une source émet un rayonnement ; un détecteur adapté au domaine le transforme en signal exploitable. L'œil ne détecte ni les UV ni les IR. Pour transmettre une information, l'émetteur fait varier le signal selon un code, que le récepteur décode.

UsageFréquenceLongueur d'ondeDomaine
Wi-Fi2,4 GHz ou 5 GHz12,5 cm ou 6 cmmicro-ondes
Téléphone mobilede 700 MHz à 3,5 GHzde 43 cm à 9 cmondes radio et micro-ondes
RFID125 kHz, 13,56 MHz ou 868 MHz2,4 km, 22 m ou 35 cmondes radio

Frontière entre micro-ondes et ondes radio prise à 30 cm.

Exercice 14

Pour chaque source, proposer un détecteur adapté :

SourceDétecteur adapté
LED infrarouge d'une télécommande de télévision
Lampe LED d'un bureau
Antenne d'une box Wi-Fi
Antenne relais de téléphonie mobile

Exercice 15

Identifier le domaine du rayonnement utilisé dans chaque application :

  1. Séchage d'un vernis photosensible sur un panneau bois en 10 secondes.
  2. Détection de présence humaine dans un couloir d'atelier.
  3. Mesure de distance par un laser rouge avant la pose d'une cuisine.

Exercice 16

D'après le cours, associer chaque usage à son domaine du spectre et à l'ordre de grandeur de sa longueur d'onde dans le vide.

UsageDomaineLongueur d'onde
Wi-Fi à 2,4 GHz
Téléphone mobile (700 MHz à 3,5 GHz)
Badge RFID à 13,56 MHz

Longueurs d'onde proposées : environ 22 m ; environ 12 cm ; de 9 cm à 43 cm environ.

Exercice 17

Un volet roulant est commandé par une télécommande infrarouge. La télécommande envoie le même rayonnement infrarouge pour l'ordre « monter » et pour l'ordre « descendre ».

a) Comment le récepteur du volet distingue-t-il les deux ordres ?

b) En appuyant sur une touche, on ne voit aucune lumière. Cela prouve-t-il que la télécommande est en panne ? Comment la tester ?

Exercice 18

Un atelier remplace le séchage à l'air de ses panneaux laqués par un séchage sous lampe UV.

a) Dans quel domaine du spectre émet la lampe ?

b) L'œil ne permet pas de vérifier que la lampe émet bien des UV. Pourquoi ? Quel type d'appareil faut-il utiliser ?

c) Un collègue affirme : « Avec un vernis UV, il n'y a jamais de solvant. » Que lui répondre ?

Exercice 19

Un technicien travaille près d'une lampe UV de séchage (λ = 365 nm). Quels risques présente l'exposition aux UV ? Quelles précautions prendre ?

Exercice 20

Un chauffagiste contrôle la surface d'un radiateur avec un pyromètre infrarouge. L'appareil indique 65 °C sans toucher le radiateur.

a) Quel rayonnement le pyromètre détecte-t-il ? Quelle est la source de ce rayonnement ?

b) Quel avantage offre cette mesure par rapport à une mesure au contact ?

C4 — Pour aller plus loin : observer et interpréter un spectre lumineux

Rappel de cours — pour aller plus loin

Cette notion dépasse le programme du groupement 3. Elle est proposée en complément et n'est pas évaluée en interrogation.

Un spectroscope disperse la lumière selon la longueur d'onde. Une source thermique, comme un filament chauffé, donne un spectre continu. Certaines lampes à décharge donnent un spectre de raies séparées. Pour comparer deux spectres, il faut le même réglage, la même distance et un capteur non saturé.

Exercice 21

On observe au spectroscope la lumière de deux lampes A et B.

a) Décrire chaque spectre.

b) Nommer le type de chaque spectre.

Exercice 22

Un groupe photographie les spectres de deux lampes. Il double le temps de pose pour la deuxième photo, qui paraît alors deux fois plus claire. Peut-il conclure que la deuxième lampe est deux fois plus intense ? Proposer un contrôle.

Pour aller plus loin — hors programme du groupement 3 : transmission, absorption et réflexion

Rappel — pour aller plus loin

Cette notion dépasse le programme du groupement 3. Elle est proposée en complément.

Quand un rayonnement atteint une surface, une part est transmise (elle traverse), une part absorbée (elle échauffe le matériau) et une part réfléchie (elle est renvoyée). Avec des coefficients rapportés au même rayonnement reçu : \(\tau + \alpha + \rho = 1\) (\(\tau\) : transmission, \(\alpha\) : absorption, \(\rho\) : réflexion).

Exercice 23

Un vitrage a un coefficient de transmission \(\tau = 0{,}80\) et de réflexion \(\rho = 0{,}10\). Calculer le coefficient d'absorption \(\alpha\). Que devient la lumière absorbée ?

Exercice 24

On éclaire une plaque de bois avec un faisceau lumineux de 100 W. La plaque absorbe 85 % et réfléchit 10 % du rayonnement reçu. Calculer la puissance absorbée, la puissance réfléchie et la puissance transmise.

Exercice 25

Dans un modèle simplifié qui néglige les réflexions multiples entre les faces, un double vitrage est constitué de deux verres (\(\tau = 0{,}90\) chacun) et d'une lame d'argon considérée comme transparente. Calculer la transmission totale du système.