Ressources · 1ʳᵉ · Spécialité Physique-Chimie
Lumière : images, couleurs et photons
Lentille mince convergente : relations de conjugaison et de grandissement, image réelle ou virtuelle ; mesure d’une distance focale et mise au point ; synthèses additive et soustractive, vision des couleurs ; couleur des objets ; ondes électromagnétiques et photon ; niveaux d’énergie et spectres de raies.
À propos de cette page
Les 36 questions du QCM en version texte
Pour réviser sans écran ou imprimer : chaque question avec ses propositions ; la bonne réponse et son explication se déplient.
Niveau facile ★ — 12 questions
Pour un objet réel placé avant une lentille convergente, la mesure algébrique OA (axe orienté dans le sens de la lumière) est :
- A. négative
- B. positive
- C. nulle
- D. égale à la distance focale
Réponse
A. négative — L’objet réel est avant O, donc du côté opposé au sens de l’axe : OA est négative.
La vergence d’une lentille de distance focale 0,25 m vaut :
- A. 0,25 δ
- B. 4,0 δ
- C. 25 δ
- D. 2,5 δ
Réponse
B. 4,0 δ — C = 1 ÷ f′ = 1 ÷ 0,25 = 4,0 δ, avec f′ en mètres.
Une image virtuelle donnée par une lentille :
- A. se forme toujours après la lentille
- B. est toujours renversée par la lentille
- C. ne peut pas être recueillie sur un écran
- D. est toujours plus petite que l’objet
Réponse
C. ne peut pas être recueillie sur un écran — Une image virtuelle (OA′ négative) est du côté de l’objet ; on la voit à travers la lentille, mais aucun écran ne la recueille.
Un grandissement γ négatif signifie que l’image est :
- A. virtuelle
- B. réduite
- C. floue
- D. renversée
Réponse
D. renversée — Le signe de γ donne le sens : γ < 0, image renversée ; c’est |γ| qui renseigne sur la taille.
Les couleurs primaires de la synthèse soustractive sont :
- A. cyan, magenta et jaune
- B. rouge, vert et bleu
- C. rouge, jaune et bleu
- D. cyan, vert et noir
Réponse
A. cyan, magenta et jaune — Filtres et encres : cyan, magenta, jaune. Le rouge, le vert et le bleu sont les primaires de la synthèse additive.
La couleur complémentaire du rouge est :
- A. le vert
- B. le cyan
- C. le magenta
- D. le jaune
Réponse
B. le cyan — Rouge + cyan (vert + bleu) réunit les trois primaires et donne du blanc.
Un objet opaque qui paraît blanc en lumière blanche :
- A. absorbe toutes les radiations reçues
- B. émet lui-même de la lumière blanche
- C. diffuse toutes les radiations reçues
- D. transmet toutes les radiations reçues
Réponse
C. diffuse toutes les radiations reçues — Un objet éclairé n’émet rien : un objet blanc diffuse toutes les radiations qu’il reçoit.
La longueur d’onde dans le vide λ, la célérité c et la fréquence ν sont reliées par :
- A. λ = c × ν
- B. λ = ν ÷ c
- C. λ = h × ν
- D. λ = c ÷ ν
Réponse
D. λ = c ÷ ν — λ = c ÷ ν, avec λ en mètres et ν en hertz.
Les ondes émises par un téléphone portable appartiennent au domaine :
- A. des micro-ondes
- B. de l’infrarouge
- C. de l’ultraviolet
- D. des rayons X
Réponse
A. des micro-ondes — La téléphonie mobile utilise des fréquences de l’ordre du gigahertz : longueurs d’onde de quelques centimètres à quelques dizaines de centimètres, des micro-ondes.
L’énergie d’un photon de fréquence ν vaut :
- A. E = h ÷ ν
- B. E = h × ν
- C. E = c × ν
- D. E = h × λ
Réponse
B. E = h × ν — E = h × ν = h × c ÷ λ, avec h = 6,63 × 10⁻³⁴ J·s, la constante de Planck.
Un électronvolt vaut :
- A. 6,63 × 10⁻³⁴ J
- B. 3,00 × 10⁸ J
- C. 1,60 × 10⁻¹⁹ J
- D. 1,60 × 10¹⁹ J
Réponse
C. 1,60 × 10⁻¹⁹ J — 1 eV = 1,60 × 10⁻¹⁹ J ; 6,63 × 10⁻³⁴ est la valeur de h en J·s et 3,00 × 10⁸ celle de c en m/s.
L’état fondamental d’un atome est :
- A. son niveau d’énergie le plus haut
- B. l’état de l’atome ionisé
- C. un état excité très stable
- D. son niveau d’énergie le plus bas
Réponse
D. son niveau d’énergie le plus bas — Le fondamental est le niveau le plus bas, stable ; les autres sont des états excités ; l’énergie 0 correspond à l’atome ionisé.
Niveau moyen ★★ — 12 questions
Lentille convergente de distance focale 20 cm, objet réel à 60 cm. L’image se forme :
- A. 15 cm après la lentille
- B. 30 cm après la lentille
- C. 40 cm après la lentille
- D. 30 cm avant la lentille
Réponse
B. 30 cm après la lentille — 1 ÷ OA′ = 1 ÷ 20 − 1 ÷ 60 = 2 ÷ 60, donc OA′ = 30 cm, positive : image réelle, après la lentille.
Un objet est à 12 cm d’une loupe de distance focale 18 cm. Son image est :
- A. réelle, renversée, 3 fois plus grande
- B. virtuelle, renversée, 2 fois plus grande
- C. virtuelle, droite, 3 fois plus grande
- D. réelle, droite, 1,5 fois plus grande
Réponse
C. virtuelle, droite, 3 fois plus grande — 1 ÷ OA′ = 1 ÷ 18 − 1 ÷ 12 = −1 ÷ 36, donc OA′ = −36 cm : virtuelle ; γ = (−36) ÷ (−12) = +3 : droite, 3 fois plus grande.
Un objet réel à 30 cm d’une lentille donne une image nette sur un écran 15 cm après elle. La distance focale vaut :
- A. 45 cm
- B. 15 cm
- C. 20 cm
- D. 10 cm
Réponse
D. 10 cm — 1 ÷ f′ = 1 ÷ 15 + 1 ÷ 30 = 3 ÷ 30, donc f′ = 10 cm. Additionner les distances donnerait 45 cm.
Une lentille de vergence 5,0 δ a une distance focale de :
- A. 20 cm
- B. 5,0 cm
- C. 50 cm
- D. 2,0 m
Réponse
A. 20 cm — f′ = 1 ÷ C = 1 ÷ 5,0 = 0,20 m, soit 20 cm.
Un objet jaune est éclairé par un projecteur vert. Il paraît :
- A. jaune
- B. vert
- C. noir
- D. rouge
Réponse
B. vert — Il diffuse le rouge et le vert ; il ne reçoit que du vert, qu’il renvoie : il paraît vert.
De la lumière blanche traverse un filtre rouge puis un filtre magenta. Il sort une lumière :
- A. magenta
- B. bleue
- C. rouge
- D. blanche
Réponse
C. rouge — Le filtre rouge ne laisse passer que le rouge, que le filtre magenta (rouge + bleu) transmet aussi.
Une radiation a une longueur d’onde de 600 nm dans le vide. Sa fréquence vaut :
- A. 2,00 × 10¹⁵ Hz
- B. 1,80 × 10² Hz
- C. 5,00 × 10⁻¹⁴ Hz
- D. 5,00 × 10¹⁴ Hz
Réponse
D. 5,00 × 10¹⁴ Hz — ν = 3,00 × 10⁸ ÷ (6,00 × 10⁻⁷) = 5,00 × 10¹⁴ Hz, en convertissant les nanomètres en mètres.
L’énergie d’un photon de longueur d’onde 300 nm vaut :
- A. 6,63 × 10⁻¹⁹ J
- B. 2,21 × 10⁻¹⁹ J
- C. 6,63 × 10⁻³⁴ J
- D. 1,99 × 10⁻²⁵ J
Réponse
A. 6,63 × 10⁻¹⁹ J — E = h × c ÷ λ = 1,989 × 10⁻²⁵ ÷ (3,00 × 10⁻⁷) = 6,63 × 10⁻¹⁹ J, environ 4,1 eV : un ultraviolet.
Un photon de 2,5 eV transporte une énergie de :
- A. 1,6 × 10⁻¹⁹ J
- B. 4,0 × 10⁻¹⁹ J
- C. 2,5 × 10⁻¹⁹ J
- D. 6,4 × 10⁻²⁰ J
Réponse
B. 4,0 × 10⁻¹⁹ J — 2,5 × 1,60 × 10⁻¹⁹ = 4,0 × 10⁻¹⁹ J. Diviser par 1,60 × 10⁻¹⁹ au lieu de multiplier donnerait un nombre absurde.
Un atome passe d’un niveau à −3,0 eV à un niveau à −5,0 eV. Il :
- A. absorbe un photon de 2,0 eV
- B. émet un photon de 8,0 eV
- C. émet un photon de 2,0 eV
- D. absorbe un photon de 8,0 eV
Réponse
C. émet un photon de 2,0 eV — Il descend vers un niveau plus bas : il émet un photon dont l’énergie est l’écart entre les deux niveaux, 5,0 − 3,0 = 2,0 eV.
Un photon de 1,8 eV a une longueur d’onde voisine de :
- A. 450 nm
- B. 1,8 nm
- C. 2 240 nm
- D. 690 nm
Réponse
D. 690 nm — λ = h × c ÷ E = 1,989 × 10⁻²⁵ ÷ (1,8 × 1,60 × 10⁻¹⁹) ≈ 6,9 × 10⁻⁷ m, soit 690 nm : du rouge.
Le radar d’aide à la conduite d’une voiture émet vers 77 GHz. La longueur d’onde de ces ondes vaut :
- A. 3,9 mm
- B. 3,9 cm
- C. 39 cm
- D. 0,39 mm
Réponse
A. 3,9 mm — λ = 3,00 × 10⁸ ÷ (7,7 × 10¹⁰) ≈ 3,9 × 10⁻³ m = 3,9 mm : des micro-ondes, entre 1 mm et 1 m.
Niveau difficile ★★★ — 12 questions
Pour un objet réel, l’image virtuelle donnée par une lentille convergente est toujours :
- A. renversée et réduite
- B. droite et réduite
- C. droite et agrandie
- D. renversée et agrandie
Réponse
C. droite et agrandie — Elle n’existe que si l’objet est entre F et O : OA′ et OA sont alors négatives avec |OA′| > |OA|, donc γ > 1.
Le graphique de 1 ÷ OA′ en fonction de 1 ÷ OA est une droite qui coupe l’axe des ordonnées en 5,0 m⁻¹. La distance focale vaut :
- A. 5,0 cm
- B. 5,0 m
- C. 50 cm
- D. 20 cm
Réponse
D. 20 cm — L’ordonnée à l’origine est 1 ÷ f′ = 5,0 m⁻¹, donc f′ = 0,20 m = 20 cm.
Une caméra à lentille liquide, à capteur fixe, passe d’un objet très éloigné à un objet à 50 cm. Sa vergence doit :
- A. augmenter de 2,0 δ
- B. diminuer de 2,0 δ
- C. augmenter de 50 δ
- D. rester la même
Réponse
A. augmenter de 2,0 δ — C = 1 ÷ OA′ − 1 ÷ OA : avec OA′ fixe, C augmente de 1 ÷ 0,50 = 2,0 δ.
Un objet paraît rouge en lumière magenta et noir en lumière verte. Sa couleur sous la lumière du jour est :
- A. jaune
- B. rouge
- C. magenta
- D. blanc
Réponse
B. rouge — En magenta, il renvoie le rouge mais pas le bleu ; en vert, rien : il ne diffuse que le rouge.
Un écran affiche un très grand nombre de couleurs avec trois sortes de sous-pixels parce que :
- A. chaque sous-pixel émet toutes les couleurs
- B. l’œil possède un type de cône par couleur
- C. l’œil compare les signaux de trois types de cônes
- D. ses sous-pixels se mélangent comme des encres
Réponse
C. l’œil compare les signaux de trois types de cônes — La vision est trichromatique : des lumières qui stimulent les trois types de cônes dans les mêmes proportions donnent la même sensation.
On superpose un filtre jaune et un filtre bleu devant une lampe blanche. Il sort :
- A. de la lumière verte
- B. de la lumière blanche
- C. de la lumière magenta
- D. aucune lumière
Réponse
D. aucune lumière — Le filtre jaune transmet le rouge et le vert, le filtre bleu ne transmet que le bleu : rien ne traverse les deux. Le blanc serait obtenu en superposant des lumières, pas des filtres.
Deux lasers de même longueur d’onde, l’un dix fois plus puissant que l’autre. Ses photons ont une énergie :
- A. identique
- B. dix fois plus grande
- C. dix fois plus petite
- D. cent fois plus grande
Réponse
A. identique — L’énergie d’un photon ne dépend que de sa fréquence : le laser plus puissant émet dix fois plus de photons, de même énergie.
Si la fréquence d’une onde électromagnétique est multipliée par 3, sa longueur d’onde dans le vide est :
- A. multipliée par 3
- B. divisée par 3
- C. inchangée
- D. divisée par 9
Réponse
B. divisée par 3 — λ = c ÷ ν : c étant fixe, λ varie comme l’inverse de ν.
Un atome a pour niveaux E₁ = −8,0 eV (fondamental), E₂ = −5,5 eV et E₃ = −2,0 eV. À température ordinaire, parmi les écarts entre ces niveaux, sa vapeur absorbe les photons de :
- A. 2,5 eV, 3,5 eV et 6,0 eV
- B. 3,5 eV seulement
- C. 2,5 eV et 6,0 eV
- D. 8,0 eV seulement
Réponse
C. 2,5 eV et 6,0 eV — Les atomes sont au fondamental : seules les transitions qui partent de E₁ comptent, 2,5 eV (vers E₂) et 6,0 eV (vers E₃). L’écart de 3,5 eV part de E₂, inoccupé.
Un photon de 1,0 eV arrive sur un atome au fondamental dont le premier niveau excité est 2,0 eV plus haut. Le photon :
- A. est absorbé, l’atome monte de 1,0 eV
- B. est absorbé pour moitié
- C. ionise l’atome
- D. n’est pas absorbé
Réponse
D. n’est pas absorbé — Son énergie ne correspond à aucun écart entre niveaux : il n’est pas absorbé, ni en partie ni en entier.
Un élève écrit OA′ = f′ + OA. Pour f′ = 10 cm et un objet réel à 30 cm, il trouve −20 cm au lieu de :
- A. 15 cm
- B. 7,5 cm
- C. 20 cm
- D. 40 cm
Réponse
A. 15 cm — On additionne des inverses : 1 ÷ OA′ = 1 ÷ 10 − 1 ÷ 30 = 2 ÷ 30, donc OA′ = 15 cm.
Dans E = h × c ÷ λ, si l’on laisse λ en nanomètres au lieu de mètres, le résultat est :
- A. 10⁹ fois trop grand
- B. 10⁹ fois trop petit
- C. inchangé
- D. 10³ fois trop petit
Réponse
B. 10⁹ fois trop petit — En nanomètres, le nombre qui représente λ est 10⁹ fois trop grand ; on divise par lui : E est 10⁹ fois trop petite.
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