Lycée · 2ⁿᵈᵉ · Physique-Chimie (2nde)
Lumière : propagation et vitesse
Ondes et signaux — vitesse de la lumière, milieux de propagation, retards lumineux (programme de 2nde générale)
À propos de cette page
Choisis ton niveau. Questions et réponses mélangées à chaque partie. Bonne chance !
Les 37 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
La lumière est une onde :
- A. mécanique
- B. sonore
- C. électromagnétique
- D. gravitationnelle
Réponse
C. électromagnétique — La lumière est une onde électromagnétique, perturbation des champs électrique et magnétique.
La lumière peut se propager dans :
- A. le vide uniquement
- B. un milieu matériel uniquement
- C. le vide et les milieux transparents
- D. n'importe quel milieu
Réponse
C. le vide et les milieux transparents — La lumière se propage dans le vide et dans les milieux transparents (eau, verre, air…).
La vitesse de la lumière dans le vide est :
- A. 3,00 × 10⁶ m/s
- B. 3,00 × 10⁸ m/s
- C. 3,00 × 10¹⁰ m/s
- D. 3,00 × 10⁴ m/s
Réponse
B. 3,00 × 10⁸ m/s — c = 3,00 × 10⁸ m/s est la valeur à connaître par cœur.
La lumière se propage en ligne droite dans :
- A. tous les milieux
- B. les milieux homogènes uniquement
- C. le vide uniquement
- D. les milieux opaques
Réponse
B. les milieux homogènes uniquement — Principe de propagation rectiligne : valable dans tout milieu homogène et isotrope.
Un milieu opaque :
- A. laisse passer la lumière sans la dévier
- B. transmet la lumière partiellement
- C. n'est pas traversé par la lumière
- D. accélère la lumière
Réponse
C. n'est pas traversé par la lumière — Un milieu opaque absorbe ou réfléchit la lumière : elle ne le traverse pas.
L'année-lumière est une unité de :
- A. temps
- B. vitesse
- C. distance
- D. énergie
Réponse
C. distance — L'année-lumière est une distance (≈ 9,46 × 10¹⁵ m), malgré le mot « année ».
La durée de trajet de la lumière se calcule avec :
- A. d = v × t
- B. Δt = d / v
- C. v = Δt / d
- D. Δt = v × d
Réponse
B. Δt = d / v — Δt = d/v est la formule du retard lumineux.
La lumière du Soleil met environ ___ pour atteindre la Terre :
- A. 8 secondes
- B. 8 minutes
- C. 8 heures
- D. 8 jours
Réponse
B. 8 minutes — Δt = 1,50×10¹¹ / 3,00×10⁸ ≈ 500 s ≈ 8 minutes 20 s.
Le Soleil est à 1 UA de la Terre. 1 UA vaut environ :
- A. 1,50 × 10⁹ m
- B. 1,50 × 10¹¹ m
- C. 1,50 × 10¹³ m
- D. 1,50 × 10⁸ m
Réponse
B. 1,50 × 10¹¹ m — 1 UA = 1,50 × 10¹¹ m = distance Terre-Soleil.
Quel milieu est transparent à la lumière ?
- A. Bois
- B. Métal
- C. Verre
- D. Carton
Réponse
C. Verre — Le verre laisse passer la lumière ; bois, métal et carton sont opaques.
L'indice de réfraction du vide est :
- A. 0
- B. 1
- C. 1,33
- D. 3
Réponse
B. 1 — Par définition n = c/c = 1 dans le vide.
Quel instrument prouve que la lumière se propage en ligne droite ?
- A. Un prisme
- B. Une lentille
- C. Un miroir courbe
- D. La formation d'une ombre à bords nets
Réponse
D. La formation d'une ombre à bords nets — Une ombre à bords nets montre que la lumière ne contourne pas les obstacles : propagation rectiligne.
Niveau moyen — 12 questions
La vitesse de la lumière dans l'eau est environ :
- A. 3,00 × 10⁸ m/s
- B. 2,25 × 10⁸ m/s
- C. 1,00 × 10⁸ m/s
- D. 2,00 × 10⁹ m/s
Réponse
B. 2,25 × 10⁸ m/s — v = c/n = 3,00×10⁸ / 1,33 ≈ 2,25×10⁸ m/s.
L'indice de réfraction d'un milieu est 1,50. Quelle est la vitesse de la lumière dans ce milieu ?
- A. 2,00 × 10⁸ m/s
- B. 4,50 × 10⁸ m/s
- C. 1,50 × 10⁸ m/s
- D. 3,00 × 10⁸ m/s
Réponse
A. 2,00 × 10⁸ m/s — v = c/n = 3,00×10⁸ / 1,50 = 2,00×10⁸ m/s.
La Lune est à 3,84 × 10⁸ m. Le retard lumineux Terre-Lune est :
- A. 0,128 s
- B. 1,28 s
- C. 12,8 s
- D. 128 s
Réponse
B. 1,28 s — Δt = 3,84×10⁸ / 3,00×10⁸ = 1,28 s.
Si n = c/v et c = 3,00 × 10⁸ m/s, v = 2,00 × 10⁸ m/s, alors n = :
- A. 0,67
- B. 1,50
- C. 2,00
- D. 6,00 × 10¹⁶
Réponse
B. 1,50 — n = 3,00×10⁸ / 2,00×10⁸ = 1,50.
Une étoile est à 100 années-lumière. Quelle distance en mètres ?
- A. 9,46 × 10¹⁵ m
- B. 9,46 × 10¹⁷ m
- C. 9,46 × 10¹³ m
- D. 9,46 × 10²⁰ m
Réponse
B. 9,46 × 10¹⁷ m — 100 × 9,46×10¹⁵ = 9,46×10¹⁷ m.
La lumière parcourt $3 \times 10^8$ m en :
- A. 1 s
- B. 1 ms
- C. 1 μs
- D. 1 ns
Réponse
A. 1 s — c = 3,00×10⁸ m/s → en 1 s, la lumière parcourt exactement c = 3×10⁸ m.
Quelle grandeur s'exprime en m/s ?
- A. L'indice de réfraction
- B. Le retard lumineux
- C. La vitesse de la lumière
- D. La distance astronomique
Réponse
C. La vitesse de la lumière — La vitesse s'exprime en m/s ; l'indice est sans unité ; le retard en secondes.
L'indice de réfraction est TOUJOURS :
- A. inférieur à 1
- B. égal à 1
- C. supérieur ou égal à 1
- D. supérieur à 10
Réponse
C. supérieur ou égal à 1 — n = c/v ≥ 1 car v ≤ c. Le vide a n = 1, tout autre milieu a n > 1.
Un signal lumineux met 500 s pour aller de A à B. Quelle est la distance AB ?
- A. 1,67 × 10⁶ m
- B. 1,50 × 10¹¹ m
- C. 6,00 × 10¹⁰ m
- D. 5,00 × 10⁸ m
Réponse
B. 1,50 × 10¹¹ m — d = c × Δt = 3,00×10⁸ × 500 = 1,50×10¹¹ m.
On observe une étoile à 200 al. On voit son état d'il y a :
- A. 200 jours
- B. 200 ans
- C. 200 s
- D. 2 ans
Réponse
B. 200 ans — La lumière met 200 ans à parcourir 200 al : on voit l'état de l'étoile il y a 200 ans.
La vitesse de la lumière dans l'air par rapport au vide est :
- A. Largement inférieure
- B. Légèrement inférieure
- C. Identique
- D. Supérieure
Réponse
B. Légèrement inférieure — n_air ≈ 1,0003, donc v_air est très légèrement inférieure à c, quasi identique en pratique.
Pour calculer la distance d'un astre par radar (aller-retour Δt_AR), on utilise :
- A. d = c × Δt_AR
- B. d = c × Δt_AR / 2
- C. d = Δt_AR / c
- D. d = 2c / Δt_AR
Réponse
B. d = c × Δt_AR / 2 — L'aller-retour donne 2d = c × Δt_AR, donc d = c × Δt_AR / 2.
Niveau difficile — 13 questions
La lumière traverse d'abord l'air (n=1,00) puis le verre (n=1,50). Quel phénomène se produit à l'interface ?
- A. La lumière accélère
- B. La lumière se réfléchit uniquement
- C. La lumière ralentit
- D. La lumière s'arrête
Réponse
C. La lumière ralentit — En passant dans un milieu d'indice plus grand, la lumière ralentit (v = c/n diminue quand n augmente).
Un faisceau lumineux parcourt 0,30 m dans du verre (n=1,50). Le retard par rapport au vide est :
- A. 0 s
- B. 5,0 × 10⁻¹⁰ s
- C. 1,0 × 10⁻⁹ s
- D. 3,0 × 10⁻⁹ s
Réponse
B. 5,0 × 10⁻¹⁰ s — Δt_verre = 0,30/(2,00×10⁸) = 1,50×10⁻⁹ s ; Δt_vide = 0,30/(3,00×10⁸) = 1,00×10⁻⁹ s ; retard = 5,0×10⁻¹⁰ s.
Une sonde est à 6,00 × 10¹¹ m. On envoie un signal radio (c). L'aller-retour dure :
- A. 1000 s
- B. 2000 s
- C. 4000 s
- D. 500 s
Réponse
C. 4000 s — Aller = 6,00×10¹¹ / 3,00×10⁸ = 2000 s. Aller-retour = 4000 s.
Un milieu a v = 1,50 × 10⁸ m/s. Son indice est :
- A. 0,50
- B. 1,50
- C. 2,00
- D. 3,00
Réponse
C. 2,00 — n = c/v = 3,00×10⁸ / 1,50×10⁸ = 2,00.
La lumière met 8 min 20 s pour venir du Soleil. Si le Soleil disparaissait, on le saurait :
- A. Instantanément
- B. 8 min 20 s plus tard
- C. 1 an plus tard
- D. 4 ans plus tard
Réponse
B. 8 min 20 s plus tard — L'information (disparition) ne peut voyager qu'à c : on la recevrait 8 min 20 s après l'événement.
Dans une fibre optique (n=1,45), la lumière parcourt 1000 km en :
- A. 3,33 ms
- B. 4,83 ms
- C. 1,00 ms
- D. 6,45 ms
Réponse
B. 4,83 ms — v = 3,00×10⁸/1,45 ≈ 2,07×10⁸ m/s. Δt = 10⁶ / 2,07×10⁸ ≈ 4,83×10⁻³ s = 4,83 ms.
Si on double la distance, le retard lumineux :
- A. Double
- B. Quadruple
- C. Reste identique
- D. Diminue de moitié
Réponse
A. Double — Δt = d/v : si d double, Δt double (relation de proportionnalité).
L'indice de réfraction du diamant est 2,42. Quelle est la vitesse de la lumière dans le diamant ?
- A. 1,24 × 10⁸ m/s
- B. 7,26 × 10⁸ m/s
- C. 2,42 × 10⁸ m/s
- D. 3,00 × 10⁸ m/s
Réponse
A. 1,24 × 10⁸ m/s — v = c/n = 3,00×10⁸ / 2,42 ≈ 1,24×10⁸ m/s.
Quelle affirmation est FAUSSE ?
- A. n_vide = 1
- B. v < c dans un milieu matériel
- C. Δt = v × d
- D. La lumière peut se propager dans le vide
Réponse
C. Δt = v × d — La formule correcte est Δt = d/v (et non v × d).
On mesure Δt = 1,33 × 10⁻⁹ s pour traverser une couche d'eau (n=1,33). Quelle est la longueur de cette couche ?
- A. 0,30 m
- B. 0,40 m
- C. 0,45 m
- D. 0,20 m
Réponse
A. 0,30 m — v_eau = 3,00×10⁸/1,33 ≈ 2,26×10⁸ m/s. d = v × Δt = 2,26×10⁸ × 1,33×10⁻⁹ ≈ 0,30 m.
Proxima Centauri (4,24 al) : on la voit dans son état d'il y a :
- A. 424 ans
- B. 4,24 ans
- C. 4,24 mois
- D. 42,4 ans
Réponse
B. 4,24 ans — 1 al = distance parcourue par la lumière en 1 an. À 4,24 al, on voit l'état d'il y a 4,24 ans.
Peut-on avoir v > c dans un milieu matériel ?
- A. Oui, si n < 1
- B. Non, jamais : n ≥ 1 toujours
- C. Oui, dans les milieux très froids
- D. Cela dépend de la fréquence
Réponse
B. Non, jamais : n ≥ 1 toujours — n = c/v ≥ 1 toujours (en optique géométrique classique). v ≤ c est une loi fondamentale.
La Galaxie d'Andromède est à 2,5 × 10⁶ al. On en reçoit aujourd'hui de la lumière émise :
- A. Il y a 2500 ans
- B. Il y a 2,5 millions d'années
- C. Il y a 2,5 milliards d'années
- D. Il y a 250 000 ans
Réponse
B. Il y a 2,5 millions d'années — À 2,5 millions d'années-lumière, la lumière a mis 2,5 millions d'années à nous parvenir.
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