Quiz : les ondes et la lumière (lycée)
Ce quiz couvre les ondes mécaniques progressives, les ondes périodiques et la lumière, avec son double modèle ondulatoire et particulaire, au niveau Seconde et Première spécialité. Les calculs de longueur d’onde et d’énergie du photon sont détaillés dans les corrections.
Le quiz : 10 questions corrigées
Réponds sans regarder ton cours : l’explication s’affiche après chaque réponse.
Question 1 sur 10
Qu’est-ce qu’une onde mécanique progressive transporte ?
Réponse : De l’énergie sans transport de matière. L’onde transporte de l’énergie, mais les points du milieu oscillent autour de leur position sans se déplacer avec elle : il n’y a pas de transport de matière.Question 2 sur 10
Quelle relation lie la longueur d’onde λ, la célérité v et la fréquence f ?
Réponse : λ = v / f. λ = v × T et T = 1 / f, donc λ = v / f. Vérification par les unités : (m·s⁻¹) / (s⁻¹) = m.Question 3 sur 10
Quelle est la longueur d’onde d’un son de 680 Hz dans l’air (v = 340 m·s⁻¹) ?
Réponse : 0,50 m. λ = v / f = 340 / 680 = 0,50 m. Le calcul inverse f / v donne 2,0 et le produit v × f donne 2,3 × 10⁵.Question 4 sur 10
Dans lequel de ces milieux le son ne peut-il PAS se propager ?
Réponse : Le vide. Le son est une onde mécanique : il a besoin d’un milieu matériel. Il se propage dans l’air, et même plus vite dans l’eau et dans l’acier, mais pas dans le vide.Question 5 sur 10
Quelle est la fréquence d’un signal périodique de période 2,0 ms ?
Réponse : 500 Hz. f = 1 / T = 1 / (2,0 × 10⁻³ s) = 500 Hz. Oublier de convertir les millisecondes en secondes donne 0,50 Hz.Question 6 sur 10
Quel est, approximativement, le domaine des longueurs d’onde de la lumière visible dans le vide ?
Réponse : De 400 nm à 800 nm. Le visible s’étend d’environ 400 nm (violet) à 800 nm (rouge). L’intervalle 20 Hz – 20 kHz est celui des fréquences audibles, pas une longueur d’onde.Question 7 sur 10
Quelle est l’énergie d’un photon de longueur d’onde 600 nm (h = 6,63 × 10⁻³⁴ J·s ; c = 3,00 × 10⁸ m·s⁻¹) ?
Réponse : 3,3 × 10⁻¹⁹ J. E = h c / λ = 6,63 × 10⁻³⁴ × 3,00 × 10⁸ / (600 × 10⁻⁹) ≈ 3,3 × 10⁻¹⁹ J. Oublier de convertir les nm donne 3,3 × 10⁻²⁸ J. Le piège 2,1 × 10⁻¹⁹ J mélange les unités : 2,1 est l’énergie exprimée en eV (3,3 × 10⁻¹⁹ / 1,60 × 10⁻¹⁹ ≈ 2,1 eV).Question 8 sur 10
Quelle est la célérité de la lumière dans le vide ?
Réponse : 3,00 × 10⁸ m·s⁻¹. c = 3,00 × 10⁸ m·s⁻¹, soit 3,00 × 10⁵ km·s⁻¹ : attention à ne pas mélanger les unités. 340 m·s⁻¹ est la vitesse du son dans l’air.Question 9 sur 10
Quelle est la fréquence des ultrasons ?
Réponse : Supérieure à 20 kHz. Les ultrasons ont une fréquence supérieure à 20 kHz, limite haute de l’audition humaine. En dessous de 20 Hz, ce sont des infrasons.Question 10 sur 10
Laquelle de ces ondes est longitudinale ?
Réponse : Le son qui se propage dans l’air. Dans une onde sonore, l’air est comprimé et dilaté dans la direction de propagation : l’onde est longitudinale. Les ondes sur une corde sont transversales, tout comme la lumière.
L’essentiel à retenir : Les ondes et la lumière
Les ondes mécaniques progressives
Une onde mécanique progressive est la propagation d’une perturbation dans un milieu matériel, avec transport d’énergie mais sans transport de matière : un bouchon sur l’eau monte et descend au passage d’une vague sans avancer avec elle. Elle nécessite un milieu : le son ne se propage pas dans le vide.
Si la perturbation est perpendiculaire à la direction de propagation, l’onde est transversale (corde secouée) ; si elle lui est parallèle, l’onde est longitudinale (son, ressort comprimé). La célérité v = d / Δt dépend du milieu : environ 340 m·s⁻¹ pour le son dans l’air, environ 1 500 m·s⁻¹ dans l’eau, davantage dans les solides.
Période, fréquence et longueur d’onde
Une onde périodique présente une double périodicité. Dans le temps : la période T (en s) et la fréquence f = 1 / T (en Hz). Dans l’espace : la longueur d’onde λ (en m), distance parcourue par l’onde pendant une période. D’où λ = v × T = v / f. Un son de 680 Hz dans l’air a une longueur d’onde λ = 340 / 680 = 0,50 m.
L’oreille humaine perçoit les sons de 20 Hz à 20 kHz environ. En dessous, ce sont des infrasons ; au-dessus, des ultrasons (échographie, sonar). La hauteur d’un son est liée à sa fréquence.
La lumière, onde et particule
La lumière est une onde électromagnétique : elle se propage aussi dans le vide, à la célérité c = 3,00 × 10⁸ m·s⁻¹. Le domaine visible s’étend d’environ 400 nm (violet) à 800 nm (rouge) ; au-delà se trouvent les infrarouges, en deçà les ultraviolets. Dans un milieu d’indice n, la lumière est plus lente : v = c / n.
Dans le modèle particulaire, la lumière est constituée de photons d’énergie E = h × ν = h × c / λ, avec h = 6,63 × 10⁻³⁴ J·s (constante de Planck) et ν la fréquence. Pour λ = 600 nm, E ≈ 3,3 × 10⁻¹⁹ J, soit environ 2,1 eV (1 eV = 1,60 × 10⁻¹⁹ J). Plus la longueur d’onde est courte, plus le photon est énergétique.
8 flashcards pour mémoriser
Essaie de répondre avant de retourner la carte.
Onde mécanique progressive+
Propagation d’une perturbation dans un milieu matériel, avec transport d’énergie sans transport de matière.
Onde transversale / longitudinale+
Transversale : perturbation perpendiculaire à la propagation (corde). Longitudinale : parallèle (son).
Fréquence et période+
f = 1 / T (f en Hz, T en s).
Longueur d’onde+
λ = v × T = v / f : distance parcourue par l’onde en une période.
Domaine audible+
20 Hz à 20 kHz ; infrasons en dessous, ultrasons au-dessus.
Célérité de la lumière dans le vide+
c = 3,00 × 10⁸ m·s⁻¹.
Domaine visible+
Environ 400 nm (violet) à 800 nm (rouge).
Énergie d’un photon+
E = h ν = h c / λ, avec h = 6,63 × 10⁻³⁴ J·s.
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