Exercices

Savoir-faire - Parcours d'apprentissage

Savoir identifier un domaine spectral à l’aide d’une échelle de fréquences ou de longueurs d’onde : 10
11
21

Connaître et utiliser l’expression donnant l’énergie d’un photon : 13
18

Mettre en œuvre un protocole expérimental permettant d’obtenir un spectre d’émission : 25

Exploiter un diagramme de niveaux d’énergie en utilisant les relations $\lambda=\dfrac{c}{\nu}$ et $\Delta E=h \cdot \nu$ : DIFF
27

Une notion, trois exercices

DIFFÉRENCIATION

Savoir-faire : Exploiter un diagramme de niveaux d’énergie en utilisant les relations

\lambda=\dfrac{c}{\nu}

\Delta E=h \cdot \nu

14
L’atome d’hydrogène : série de Paschen

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✔ APP : Extraire une information utile

1. Déterminer la différence d’énergie

\Delta E

, en eV, associée au passage de l’électron du niveau d’énergie 7 au niveau d’énergie 3.

2. Exprimer cette différence

\Delta E

en joule.

3. Que devient cette énergie cédée par l’atome ?

4. Déterminer la fréquence, puis la longueur d’onde de la radiation associée.

Doc. 1
Diagramme des niveaux d’énergie de l’atome d’hydrogène

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15
L’atome d’hydrogène : série de Balmer

✔ APP : Maîtriser le vocabulaire

1. Déterminer la différence d’énergie

\Delta E

, en joule, associée à la transition d’énergie entre les niveaux 3 et 2.

2. Déterminer la fréquence, puis la longueur d’onde de la radiation émise.

3. À quel domaine appartient la radiation émise ?

INFO :

L’hydrogène est l’élément majeur de l’Univers. Tandis que le gaz dihydrogène est très utilisé dans l’industrie du pétrole pour ses propriétés chimiques, on utilise l’atome d’hydrogène en laboratoire afin de régler précisément d’autres appareils à l’aide d’une lampe à décharge.

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16
L’atome d’hydrogène : série de Lyman

✔ RAI/ANA : Construire un raisonnement, communiquer sur les étapes

Certaines galaxies émettent une raie dite « Lyman-alpha » de longueur d’onde

\lambda=121\text{,}6

(doc. 1).

◆ Déterminer la transition responsable de cette émission.

Le modèle ondulatoire

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11
Le laser chirurgical au dioxyde de carbone $\bf{\mathrm{CO}_{2}}$

✔ APP : Formuler un résultat attendu

Le laser au

\mathrm{CO}_{2}

existe depuis 1964. Sa puissance pouvant atteindre un kilowatt, on l’utilise pour le découpage et les soudures industrielles. Toutefois, il est également utilisé en chirurgie médicale car il opère à une longueur d’onde très bien absorbée par la peau.

◆ Déterminer la longueur d’onde et le domaine auquel il appartient sachant que le laser fonctionne à une fréquence de

28\text{,}3

THz.

Données

Constante de Planck : $h=6\text{,}63 \times 10^{-34}$ J·s ;
$1$ eV $=1\text{,}60 \times 10^{-19}$ J ;
Célérité de la lumière dans le vide : $c=3\text{,}00 \times 10^{8}$ m·s^-1.

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10
La photodiode

✔ APP : Extraire une information utile

Une photodiode est un composant semi-conducteur capable de générer un courant électrique à partir d’un rayonnement électromagnétique.

1. À l’aide du graphique de la sensibilité relative

S_{\mathrm{R}}=\mathrm{f}(\lambda)

, indiquer pour quelle longueur d'onde la photodiode est la plus efficace. Indiquer le domaine auquel elle appartient.

2. La photodiode peut-elle détecter les radiations infrarouges ? ultraviolettes ? Expliquer.

Le modèle particulaire

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12
La thermographie (infrarouge)

✔ RAI/ANA : Associer les unités de mesure à leurs grandeurs correspondantes

Utilisée dans de nombreux domaines, la thermographie permet de visualiser à distance la température d’un objet ou d’une personne. En médecine, l’imageur transforme le rayonnement infrarouge mesuré dans une bande spectrale comprise entre

2

5

\mu

m en un signal électrique pour le coder ensuite en fausse couleur.

◆ Calculer la bande de fréquence et d’énergie du photon détecté.

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13
La radiothérapie

✔ RAI/ANA : Associer les unités de mesure à leurs grandeurs correspondantes

La radiothérapie est un traitement local contre le cancer. Avec l’aide d’un accélérateur linéaire, on expose une personne à un rayonnement ionisant d’une fréquence voisine de

3 \times 10^{20}

Hz pour bloquer la capacité des cellules cancérigènes à se multiplier.

1. Calculer l’énergie transportée par le photon en MeV.

2. Comparer sa valeur avec celle du visible (

2

eV en moyenne) et l’infrarouge (exercice 12
). Conclure.

Pour s'échauffer

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Données

Constante de Planck : $h=6\text{,}63 \times 10^{-34}$ J·s ;
$1$ eV $=1\text{,}60 \times 10^{-19}$ J ;
Célérité de la lumière dans le vide : $c=3\text{,}00 \times 10^{8}$ m·s^-1.

5
Expression de l’énergie d’un photon (1)

Un lecteur Blu-ray utilise un laser de fréquence

7\text{,}41 \times 10^{5}

GHz.

◆ Calculer l’énergie (J) et la longueur d’onde (nm) du photon correspondant.

6
Domaine spectral

◆ Indiquer à quel domaine spectral appartiennent les ondes utilisées par les appareils suivants : routeur Wi‑Fi, scanner de bagages à l’aéroport, phare de voiture et télécommande de télévision.

7
Expression de l’énergie d’un photon (2)

◆ Calculer l’énergie en joule (J) puis en électron-volt (eV) d’un photon issu d’un pointeur laser de longueur d’onde

\lambda=650

nm.

Doc. 1
Diagramme des niveaux d’énergie de l’atome de potassium

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8
Exploiter un diagramme d’énergie

◆ Préciser l’état dans lequel se trouve l’électron pour chaque niveau d’énergie du doc. 1.

9
Expression de l’énergie d’un photon (3)

◆ Doc. 1 Calculer la variation d’énergie

\Delta E

entre les niveaux

E_{\mathrm{a}}

E_{\mathrm{c}}.

Puis, convertir et exprimer sa valeur en joule. Enfin, préciser quels sont les deux phénomènes possibles liés à cette différence d’énergie.

Pour commencer

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Physique-Chimie 1re

Chapitre 1

Composition chimique d'un système

Chapitre 2

Composition chimique des solutions

Chapitre 3

Évolution d'un système chimique

Chapitre 4

Réactions d'oxydoréduction

Chapitre 5

Détermination d'une quantité de matière par titrage

Chapitre 6

De la structure à la polarité d'une entité

Chapitre 7

Interpréter les propriétés d’une espèce chimique

Chapitre 8

Structure des entités organiques

Chapitre 9

Synthèse d'espèces chimiques organiques

Chapitre 10

Conversions d'énergie au cours d'une combustion

Chapitre 11

Modélisation d'interactions fondamentales

Chapitre 12

Description d'un fluide au repos

Chapitre 13

Mouvement d'un système

Chapitre 14

Études énergétiques en électricité

Chapitre 15

Études énergétiques en mécanique

Chapitre 16

Ondes mécaniques

Chapitre 17

Images et couleurs

Chapitre 18

Modèles ondulatoire et particulaire de la lumière

Chapitre 19

Fiches méthode

Chapitre 20

Annexe

Exercices

Savoir-faire - Parcours d'apprentissage

Savoir identifier un domaine spectral à l’aide d’une échelle de fréquences ou de longueurs d’onde : 10 11 21

Connaître et utiliser l’expression donnant l’énergie d’un photon : 13 18

Mettre en œuvre un protocole expérimental permettant d’obtenir un spectre d’émission : 25

Exploiter un diagramme de niveaux d’énergie en utilisant les relations λ=cν\lambda=\dfrac{c}{\nu}λ=νc​ et ΔE=h⋅ν\Delta E=h \cdot \nuΔE=h⋅ν : DIFF 27

Une notion, trois exercices

14L’atome d’hydrogène : série de Paschen

Doc. 1 Diagramme des niveaux d’énergie de l’atome d’hydrogène

15L’atome d’hydrogène : série de Balmer

INFO :

16L’atome d’hydrogène : série de Lyman

Le modèle ondulatoire

11Le laser chirurgical au dioxyde de carbone CO2\bf{\mathrm{CO}_{2}}CO2​

10La photodiode

Le modèle particulaire

12La thermographie (infrarouge)

13La radiothérapie

Pour s'échauffer

5Expression de l’énergie d’un photon (1)

6Domaine spectral

7Expression de l’énergie d’un photon (2)

Doc. 1 Diagramme des niveaux d’énergie de l’atome de potassium

8Exploiter un diagramme d’énergie

9Expression de l’énergie d’un photon (3)

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Savoir identifier un domaine spectral à l’aide d’une échelle de fréquences ou de longueurs d’onde : 10
11
21

Connaître et utiliser l’expression donnant l’énergie d’un photon : 13
18

Exploiter un diagramme de niveaux d’énergie en utilisant les relations $\lambda=\dfrac{c}{\nu}$ et $\Delta E=h \cdot \nu$ : DIFF
27

14
L’atome d’hydrogène : série de Paschen

Doc. 1
Diagramme des niveaux d’énergie de l’atome d’hydrogène

15
L’atome d’hydrogène : série de Balmer

16
L’atome d’hydrogène : série de Lyman

11
Le laser chirurgical au dioxyde de carbone $\bf{\mathrm{CO}_{2}}$

10
La photodiode

12
La thermographie (infrarouge)

13
La radiothérapie

5
Expression de l’énergie d’un photon (1)

6
Domaine spectral

7
Expression de l’énergie d’un photon (2)

Doc. 1
Diagramme des niveaux d’énergie de l’atome de potassium

8
Exploiter un diagramme d’énergie

9
Expression de l’énergie d’un photon (3)