Lycée · 2ⁿᵈᵉ · Physique-Chimie (2nde)
Signaux lumineux et spectres
Dispersion de la lumière, spectres d'émission et d'absorption — programme de 2nde (lycée général)
À propos de cette page
Choisis ton niveau. Questions et réponses mélangées à chaque partie. Bonne chance !
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
Une lumière composée d'une seule couleur est dite :
- A. polychromatique
- B. monochromatique
- C. infrarouge
- D. blanche
Réponse
B. monochromatique — Mono = une seule couleur (longueur d'onde).
Quelle couleur est la plus déviée par un prisme ?
- A. Rouge
- B. Vert
- C. Jaune
- D. Violet
Réponse
D. Violet — Le violet a la longueur d'onde la plus courte et est le plus dévié.
La lumière blanche est une lumière :
- A. monochromatique
- B. infrarouge
- C. polychromatique
- D. ultraviolette
Réponse
C. polychromatique — La lumière blanche contient toutes les couleurs du visible : elle est polychromatique.
Quelle est l'unité de la longueur d'onde ?
- A. Hz
- B. nm
- C. m/s
- D. kg
Réponse
B. nm — La longueur d'onde se mesure en mètres (m) ou nanomètres (nm) pour le visible.
Quel objet naturel disperse la lumière blanche en arc-en-ciel ?
- A. Un miroir plan
- B. Une loupe
- C. Une goutte de pluie
- D. Un verre opaque
Réponse
C. Une goutte de pluie — Les gouttes d'eau agissent comme des prismes et dispersent la lumière solaire.
Le spectre d'une lampe à incandescence est :
- A. De raies
- B. Continu
- C. D'absorption
- D. Monochromatique
Réponse
B. Continu — Un corps chaud (filament) émet un spectre continu.
Quelle couleur a la plus grande longueur d'onde dans le visible ?
- A. Violet
- B. Vert
- C. Rouge
- D. Bleu
Réponse
C. Rouge — Le rouge a la longueur d'onde la plus grande (620–800 nm).
Les raies de Fraunhofer dans le spectre solaire sont :
- A. Des raies colorées brillantes
- B. Des raies sombres
- C. Un spectre continu
- D. Un spectre de raies d'émission
Réponse
B. Des raies sombres — Les raies de Fraunhofer sont des raies sombres dues à l'absorption par les gaz solaires.
La lumière visible s'étend approximativement de :
- A. 100 à 300 nm
- B. 400 à 800 nm
- C. 800 à 1200 nm
- D. 10 à 100 nm
Réponse
B. 400 à 800 nm — Le domaine visible va d'environ 400 nm (violet) à 800 nm (rouge).
Quel instrument permet d'analyser le spectre d'une lumière ?
- A. Un réfractomètre
- B. Un spectroscope
- C. Un oscilloscope
- D. Un voltmètre
Réponse
B. Un spectroscope — Un spectroscope (ou spectrographe) décompose et analyse le spectre lumineux.
Le spectre d'un tube à néon est :
- A. Continu
- B. De raies d'émission
- C. D'absorption
- D. Infrarouge
Réponse
B. De raies d'émission — Les gaz ionisés (néon, mercure…) émettent des spectres de raies discrets.
Dans l'ordre du spectre visible du moins au plus dévié par un prisme :
- A. Violet → Rouge
- B. Rouge → Violet
- C. Vert → Bleu
- D. Bleu → Orange
Réponse
B. Rouge → Violet — Le rouge est le moins dévié, le violet le plus dévié. Ordre : Rouge → Orangé → Jaune → Vert → Bleu → Violet.
Niveau moyen — 12 questions
Un élément chimique absorbe de la lumière à 589 nm. À quelle longueur d'onde émet-il sa raie principale ?
- A. 300 nm
- B. 589 nm
- C. 800 nm
- D. 900 nm
Réponse
B. 589 nm — Les raies d'absorption et d'émission d'un même élément sont aux mêmes longueurs d'onde.
La fréquence d'une radiation de longueur d'onde $\lambda = 500\,\text{nm}$ vaut (avec $c = 3 \times 10^8\,\text{m/s}$) :
- A. $6 \times 10^{14}\,\text{Hz}$
- B. $6 \times 10^{8}\,\text{Hz}$
- C. $1{,}5 \times 10^{-3}\,\text{Hz}$
- D. $6 \times 10^{11}\,\text{Hz}$
Réponse
A. $6 \times 10^{14}\,\text{Hz}$ — $f = c/\lambda = 3 \times 10^8 / 500 \times 10^{-9} = 6 \times 10^{14}\,\text{Hz}$.
Un spectre d'absorption se distingue d'un spectre d'émission de raies par :
- A. Des raies colorées sur fond noir
- B. Des raies sombres sur fond continu coloré
- C. Un fond entièrement noir
- D. Un arc-en-ciel sans raies
Réponse
B. Des raies sombres sur fond continu coloré — Spectre d'absorption = spectre continu avec raies sombres ; émission de raies = raies colorées sur fond noir.
Quelle couleur correspond à $\lambda = 430\,\text{nm}$ ?
- A. Rouge
- B. Vert
- C. Violet
- D. Jaune
Réponse
C. Violet — 430 nm est dans la plage du violet (400–440 nm).
Lorsque la lumière passe de l'air dans un prisme en verre, quelle grandeur reste constante ?
- A. La longueur d'onde
- B. La fréquence
- C. La vitesse
- D. L'indice de réfraction
Réponse
B. La fréquence — La fréquence ne change pas lors d'un changement de milieu ; la vitesse et la longueur d'onde changent.
La dispersion de la lumière par un prisme est due au fait que :
- A. La vitesse de la lumière est la même pour toutes les couleurs
- B. Les différentes couleurs ont des indices de réfraction différents dans le verre
- C. Le prisme réfléchit certaines couleurs
- D. La lumière est absorbée par le verre
Réponse
B. Les différentes couleurs ont des indices de réfraction différents dans le verre — Chaque couleur a un indice de réfraction légèrement différent dans le verre, donc une déviation différente.
Quel type de spectre produit une lampe à vapeur de mercure ?
- A. Continu
- B. De raies d'émission
- C. D'absorption
- D. Noir
Réponse
B. De raies d'émission — Les vapeurs atomiques portées à haute température émettent des spectres de raies discrets.
$1\,\text{nm}$ équivaut à :
- A. $10^{-6}\,\text{m}$
- B. $10^{-9}\,\text{m}$
- C. $10^{-12}\,\text{m}$
- D. $10^{-3}\,\text{m}$
Réponse
B. $10^{-9}\,\text{m}$ — Le préfixe nano signifie $10^{-9}$, donc $1\,\text{nm} = 10^{-9}\,\text{m}$.
Les raies sombres dans le spectre solaire permettent de :
- A. Mesurer la distance Terre-Soleil
- B. Identifier les éléments présents dans l'atmosphère solaire
- C. Déterminer la température de la Terre
- D. Mesurer la vitesse de rotation du Soleil
Réponse
B. Identifier les éléments présents dans l'atmosphère solaire — Les raies de Fraunhofer révèlent les éléments chimiques qui absorbent la lumière dans l'atmosphère solaire.
Un objet rouge en lumière blanche :
- A. Absorbe uniquement le rouge
- B. Absorbe toutes les couleurs sauf le rouge
- C. Émet de la lumière rouge
- D. Réfracte le rouge
Réponse
B. Absorbe toutes les couleurs sauf le rouge — Un objet paraît rouge parce qu'il absorbe toutes les autres couleurs et réfléchit uniquement le rouge.
La relation entre longueur d'onde, vitesse et fréquence est :
- A. $c = \lambda / f$
- B. $c = \lambda \times f$
- C. $\lambda = c \times f$
- D. $f = c \times \lambda$
Réponse
B. $c = \lambda \times f$ — $c = \lambda \times f$, soit vitesse = longueur d'onde × fréquence.
Le doublet du sodium correspond à des raies dans la couleur :
- A. Bleue
- B. Verte
- C. Jaune
- D. Rouge
Réponse
C. Jaune — Les deux raies du sodium à 589,0 et 589,6 nm sont dans la plage du jaune.
Niveau difficile — 12 questions
Un gaz froid absorbe certaines longueurs d'onde d'une lumière blanche. Les longueurs d'onde absorbées sont :
- A. Aléatoires
- B. Différentes des raies d'émission du même gaz
- C. Identiques aux raies d'émission du même gaz
- D. Toujours dans le rouge
Réponse
C. Identiques aux raies d'émission du même gaz — Principe fondamental : les longueurs d'onde absorbées coïncident exactement avec les raies d'émission du même élément.
Un astronome observe que les raies d'hydrogène d'une galaxie sont décalées vers les grandes longueurs d'onde. Cela indique que la galaxie :
- A. S'approche
- B. S'éloigne
- C. Est immobile
- D. Tourne sur elle-même
Réponse
B. S'éloigne — Décalage vers le rouge (redshift) = la source s'éloigne (effet Doppler-Fizeau).
Deux sources lumineuses ont des raies aux mêmes longueurs d'onde. Cela signifie :
- A. Elles ont la même température
- B. Elles contiennent les mêmes éléments chimiques
- C. Elles ont la même intensité
- D. Elles sont à la même distance
Réponse
B. Elles contiennent les mêmes éléments chimiques — Le spectre de raies est la signature de l'élément chimique, indépendamment de la température ou de la distance.
Lors de la traversée d'une lame de verre, la longueur d'onde de la lumière :
- A. Augmente
- B. Diminue
- C. Reste constante
- D. Devient nulle
Réponse
B. Diminue — Dans un milieu d'indice $n > 1$, $\lambda = \lambda_0 / n < \lambda_0$ ; la longueur d'onde diminue dans le verre.
Quelle est la longueur d'onde dans l'eau (n = 1,33) d'une radiation de 530 nm dans le vide ?
- A. 530 nm
- B. 398 nm
- C. 705 nm
- D. 1,33 nm
Réponse
B. 398 nm — $\lambda_{eau} = \lambda_0 / n = 530 / 1{,}33 \approx 398\,\text{nm}$.
Un spectre d'émission de raies est observé pour :
- A. Un solide chauffé
- B. Un gaz atomique à haute température
- C. Un liquide en fusion
- D. Un corps noir parfait
Réponse
B. Un gaz atomique à haute température — Les gaz atomiques (ou moléculaires) à basse pression et haute température émettent des spectres de raies.
La technique d'identification d'éléments chimiques par l'analyse de leurs spectres s'appelle :
- A. Chromatographie
- B. Spectroscopie
- C. Électrophorèse
- D. Réfractométrie
Réponse
B. Spectroscopie — La spectroscopie consiste à analyser les raies spectrales pour identifier les espèces chimiques.
Un spectre continu avec des raies sombres à 410, 434, 486 et 656 nm indique la présence de :
- A. Sodium
- B. Mercure
- C. Hydrogène
- D. Hélium
Réponse
C. Hydrogène — Ces longueurs d'onde correspondent aux raies de la série de Balmer de l'hydrogène.
La fréquence d'une radiation visible est de l'ordre de :
- A. $10^{6}\,\text{Hz}$
- B. $10^{14}\,\text{Hz}$
- C. $10^{20}\,\text{Hz}$
- D. $10^{8}\,\text{Hz}$
Réponse
B. $10^{14}\,\text{Hz}$ — Les fréquences du visible sont de l'ordre de $4$ à $7{,}5 \times 10^{14}\,\text{Hz}$.
Pourquoi le ciel est-il bleu ?
- A. Parce que l'air absorbe le rouge
- B. Parce que l'air diffuse davantage les courtes longueurs d'onde (bleu)
- C. Parce que le Soleil émet principalement du bleu
- D. Parce que l'œil est plus sensible au bleu
Réponse
B. Parce que l'air diffuse davantage les courtes longueurs d'onde (bleu) — La diffusion de Rayleigh est plus efficace pour les courtes longueurs d'onde : le bleu est plus diffusé que le rouge.
Pour identifier un élément inconnu par spectroscopie, on compare ses raies à :
- A. La couleur de la flamme uniquement
- B. Les spectres de référence d'éléments connus
- C. La densité du matériau
- D. Sa température de fusion
Réponse
B. Les spectres de référence d'éléments connus — On identifie un élément en faisant coïncider ses raies spectrales avec les spectres tabulés de référence.
Quelle est la relation correcte entre énergie d'un photon, constante de Planck $h$ et fréquence $f$ ?
- A. $E = h/f$
- B. $E = h \times f$
- C. $E = h \times \lambda$
- D. $E = c/f$
Réponse
B. $E = h \times f$ — L'énergie d'un photon est $E = h \times f$ (relation de Planck), avec $h = 6{,}63 \times 10^{-34}\,\text{J·s}$.
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