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Le monde quantique - Cours et exercices de Physique, Terminale S

Contenu du chapitre :

Ce chapitre traite du laser, des transitions d'énergie et des ondes de matière.

Objectifs pédagogiques :

- Connaître le principe de l’ émission stimulée et les principales propriétés du laser (directivité, monochromaticité, concentration spatiale et temporelle de l’ énergie).

- Associer un domaine spectral à la nature de la transition mise en jeu.

- Savoir que la lumière présente des aspects ondulatoire et particulaire.

- Extraire et exploiter des informations sur les ondes de matière et sur la dualité onde-particule.

- Identifier des situations physiques où le caractère ondulatoire de la matière est significatif.

- Extraire et exploiter des informations sur les phénomènes quantiques pour mettre en évidence leur aspect probabiliste.

Votre enfant est en Terminale S et vous souhaitez l'aider à progresser en Physique ?

Pour revoir le chapitre "Le monde quantique", Bordas Soutien scolaire vous propose plusieurs séquences avec des diaporamas de cours et des exercices. Les erreurs de votre enfant sont analysées et nous permettent de lui proposer une correction adaptée, afin de l’aider à progresser.

Les notions abordées :

Source laser

Description

Le mot LASER veut dire « light amplification by stimulated emission of radiation » (amplification de la lumière par émission stimulée de rayonnement).

Il est monochromatique, c'est-à-dire que la lumière émise à une longueur d'onde bien précise.

Le faisceau LASER est très directif. La puissance du laser est donc très concentrée sur une petite surface, même à une grande distance de la source. En outre, un LASER à impulsions permet de concentrer cette énergie dans le temps grâce à des émissions de très courte durée.

Le faisceau LASER permet donc une forte concentration spatiale et temporelle de l’énergie.

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Transitions d'énergie

Énergie d'une molécule

Une molécule est constituée d’atomes qui vibrent les uns par rapport aux autres.

Elle possède donc de l’énergie vibratoire, en plus de l’énergie électronique liée à la répartition des électrons. Ces deux énergies sont quantifiées, c’est-à-dire qu’elles ne peuvent prendre que certaines valeurs. On parle de valeurs discrètes.

Comme pour l’atome, on définit des niveaux d’énergie électronique de la molécule. À chaque niveau d’énergie électronique, correspondent des sous-niveaux d’énergie vibratoire.

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Particules matérielles et onde de matière

La lumière

La lumière se comporte tantôt comme une onde, tantôt comme une particule. Ce sont les conditions de l’expérience qui nous orientent vers une interprétation particulaire ou ondulatoire.

Pour rendre compte de cette dualité, la lumière est décrite comme un flux de photons (particules sans charge, ni masse) se déplaçant à la vitesse de la lumière c.

L'énergie transportée par un photon est : E=h.?=h.c/?

Avec E exprimée en joule (J), h la constante de Planck en J.s et ? la fréquence de l’onde en hertz (Hz).

L’énergie E représente l’aspect particulaire du photon et sa fréquence ? son caractère ondulatoire.

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