interaction lumière matière

ONDES - spécialité terminale

INTERACTION LUMIERE - MATIERE

Comment expliquer certains phénomènes physiques comme celui qui est à la base du fonctionnement des panneaux solaires qui convertissent l'énergie lumineuse en énergie électrique ?

1- la lumiere, c'est quoi ?

Index

2- L'effet photoelectrique

3- SIMULATION

4- LA THEORIE

a VOUS DE Suivre l'ordre des activités ... Bon courage !

1- LA LUMIERE , C'EST QUOI ?

Isaac NEWTON ( 1642 – 1727 )

Christian HUYGENS ( 1629-1695)

QUESTIONS

Q1- Huygens propose que la lumière soit une ONDE. Avec quelle autre type d'onde fait-il l'analogie ici ?

Q2- Huygens donne 2 arguments déterminants justifiant que la lumière ne peut pas être modélisée par le déplacement d'une particule de matière. Lesquels ?

Q3- Quels sont les phénomènes étudiés cette année en T.P. qui illustrent que la lumière se comporte bien comme une onde ?

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QUESTIONS

Même si certains phénomènes connus ne pouvaient pas être expliqués par cette théorie, le modèle de Newton a été retenu par la communauté scientifique de l'époque. Pourquoi ? Parce que Newton ayant réalisé des travaux très importants dans d'autres domaines des sciences avait beaucoup de prestige dans le monde scientifique ! Q4- Citer deux sujets sur lesquels les travaux de Newton ont une portée considérable dans l'histoire de la construction des connaissances scientifiques.

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POUR TERMINER 1/ LA LUMIERE C'EST QUOI ?

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revenir a 1- NEWTON page 5

La lumière est une ONDE ELECTROMAGNETIQUE dont la longueur d'onde dans le vide et la célérité sont liées par les égalités :

La lumière est un ensemble de particules nommées PHOTONS , qui est un QUANTUM d'énergie indivisible. Chaque photon transporte une énergie proprotionnelle la fréquence de l'onde considérée.

Q5- Rappeler la valeur (en m/s) de la célérité c Q6- Quelles sont les valeurs limites de l'intervalle de longueurs d'onde de la lumière visible ? Q7- En déduire par le calcul les valeurs limites de l'intervalle de fréquences de la lumière visible ?

Q8- Que vaut l'énergie d'un photon correspondant à la radiation lumineuse de longueur d'onde 550 nm ?

FIN DE1- LA LUMIERE, C'EST QUOI ?

La lumière est une ONDE ELECTROMAGNETIQUE dont la longueur d'onde dans le vide et la célérité sont liées par les égalités :

La lumière est un ensemble de particules nommées PHOTONS , qui est un QUANTUM d'énergie indivisible. Chaque photon transporte une énergie proprotionnelle la fréquence de l'onde considérée.

Q5- Rappeler la valeur (en m/s) de la célérité c de la lumière dans le vide. Q6- Rappeler les valeurs limites de l'intervalle de longueurs d'onde de la lumière visible ? Q7- Par le calcul trouver les valeurs limites de l'intervalle de fréquences de la lumière visible ?

Q8- Que vaut l'énergie d'un photon correspondant à la radiation lumineuse de longueur d'onde 550 nm ?

FIN DE1- LA LUMIERE, C'EST QUOI ?

2- L'EFFET PHOTOELECTRIQUE

Regarder la vidéo de l'expérience illustrant l'effet photoélectrique et répondre aux questions

Le contact entre le bâton d'ébonite (riche des électrons qu'il a arraché au chiffon) et l'électroscope permet de charger celui-ci négativement : les électrons se répartissent sur toutes ses parties métalliques. La tige mobile s'éloigne alors de la tige fixe verticale car les charges électriques de même signe se repoussent. Q9- Quelle observation et quel raisonnement ont permis de comprendre que les U.V. sont capables d'arracher des électrons à la matière ? Q10- Quelle partie du protocole expérimental correspond à la vérification que ce sont bien les U.V. qui sont bien responsables du départ des électrons de la plaque de zinc ?

FIN DE2- L'EFFET PHOTOELECTRIQUE

3- SIMULATION

Comprendre l'effet photoélectrique qui permet d'arracher des électrons grâce à cette simulation proposée par une université du Colorado (U.S.) en respectant bien les consignes suivantes :1- choisir le métal sodium 2- régler l'intensité de l'éclairement à 0% et longueur d'onde à 550 nm 3- jouer d'abord sur le curseur intensité éclairement ( question Q11) puis sur le curseur de longueur d'onde (question Q12)

Q11- MODELE ONDULATOIRE - L'énergie fournie de façon continue par une onde lumineuse peut s'écrire avec k constante : Quelle observation permet d'affirmer que ce modèle ondulatoire ne peut pas expliquer l'effet photoélectrique ? Q12- MODELE "PHOTON" - L'énergie d'un photon de lumière s'écrit : En quoi vos observations sont en accord avec cette relation ?

FIN DE3- SIMULATION

3- SIMULATION

Comprendre l'effet photoélectrique qui permet d'arracher des électrons grâce à cette simulation proposée par une université du Colorado (U.S.) en respectant bien les consignes suivantes :1- choisir le métal sodium 2- régler l'intensité de l'éclairement à 0% et longueur d'onde à 550 nm3- jouer d'abord sur le curseur intensité éclairement ( question Q11) puis sur le curseur de longueur d'onde (question Q12)

Q12- L'énergie fournie de façon continue par une onde lumineuse peut s'écrire avec k constante : Quelle observation permet d'affirmer que ce modèle ondulatoire ne peut pas expliquer l'effet photoélectrique ? Q13- L'énergie d'un photon de lumière s'écrit : En quoi vos observations sont en accord avec cette relation ?

FIN DE3- SIMULATION

4- LA THEORIE

Q13- Que signifie la relation suivante ? Q14- Calculer la valeur de Wext pour le cuivre sachant que pour ce métal, la fréquence de seuil (fréquence la plus basse pour laquelle l'électron est arraché sans être animé de vitesse) vaut 1,14.10 15 Hz. Q15- Quelle sera la valeur de la vitesse des électrons arrachés du métal cuivre soumis à un rayonnement lumineux de longueur d'onde 150 nm ?

4- LA THEORIE

Q14- Que signifie la relation suivante ? Q15- Calculer la valeur de Wext pour le cuivre sachant que pour ce métal, la fréquence de seuil (fréquence la plus basse pour laquelle l'électron est arraché sans être animé de vitesse) vaut 1,14.10 15 Hz. Q16- Quelle sera la valeur de la vitesse des électrons arrachés du métal cuivre soumis à un rayonnement lumineux de longueur d'onde 150 nm ?

4- LA THEORIE

Q16- A partir du document fourni ici, tracer le graphe montrant l'énergie cinétique Ec ( en J ) des électrons arrachés en fonction de la fréquence (en Hz). Q17- Déduire de ce graphe la valeur du travail d'extraction Wext pour le métal Sodium.

FIN DE4-LA THEORIE

Vous voilà experts en effet photoélectrique ... Bravo !