Ressources · 2ⁿᵈᵉ · Physique-Chimie (2nde)
Spectres : lumières blanches et colorées
Lumière blanche et lumière colorée, radiation monochromatique et longueur d’onde dans le vide ou dans l’air ; spectre continu d’origine thermique et température d’un corps chaud ; spectres de raies d’émission ; exploiter un spectre de raies (étalonner une photo, identifier une entité) ; en prolongement, spectres d’absorption et spectre du Soleil.
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
Le domaine visible s’étend, dans le vide, approximativement :
- A. de 200 nm à 600 nm
- B. de 400 nm à 800 nm
- C. de 400 µm à 800 µm
- D. de 800 nm à 1 200 nm
Réponse
B. de 400 nm à 800 nm — L’œil perçoit les radiations de 400 nm (violet) à 800 nm (rouge) environ.
Une radiation de longueur d’onde 350 nm dans le vide est :
- A. visible, de couleur violette
- B. infrarouge, donc invisible
- C. visible, de couleur bleue
- D. ultraviolette, donc invisible
Réponse
D. ultraviolette, donc invisible — 350 nm < 400 nm : elle appartient à l’ultraviolet.
Le spectre d’émission d’un gaz sous faible pression excité par une décharge est :
- A. fait de raies colorées sur fond noir
- B. un fond continu du rouge au violet
- C. fait de raies noires sur fond coloré
- D. une seule bande colorée et large
Réponse
A. fait de raies colorées sur fond noir — Un gaz peu dense excité n’émet que quelques radiations : raies colorées sur fond noir.
La lumière émise par un laser est :
- A. polychromatique, décomposée par un prisme
- B. blanche, car elle est très intense
- C. monochromatique : une seule λ
- D. toujours située dans l’infrarouge
Réponse
C. monochromatique : une seule λ — Un laser émet une radiation unique ; un prisme la dévie sans la décomposer.
Un spectre d’absorption se présente sous la forme :
- A. de raies colorées sur un fond noir
- B. d’un fond noir sans aucune raie
- C. de raies noires sur un fond coloré
- D. d’une bande colorée sans aucune raie
Réponse
C. de raies noires sur un fond coloré — La substance retire certaines radiations du spectre continu de la lumière blanche : raies noires sur fond coloré.
Le spectre de la lumière émise par une coulée de lave est :
- A. continu, d’origine thermique
- B. un spectre de raies d’émission
- C. un spectre de raies d’absorption
- D. limité au domaine ultraviolet
Réponse
A. continu, d’origine thermique — La lave est un corps chaud et dense : spectre continu d’origine thermique.
Une radiation de 0,71 µm a pour longueur d’onde :
- A. 71 nm
- B. 7,1 nm
- C. 7 100 nm
- D. 710 nm
Réponse
D. 710 nm — 1 µm = 1 000 nm, donc 0,71 µm = 710 nm (radiation rouge).
Quel dispositif permet de disperser la lumière blanche ?
- A. une lentille convergente
- B. un prisme ou un réseau
- C. un miroir plan
- D. un filtre gris neutre
Réponse
B. un prisme ou un réseau — Le prisme ou le réseau sépare les radiations selon leur longueur d’onde.
Un nanomètre vaut :
- A. 10⁻⁹ m
- B. 10⁻⁶ m
- C. 10⁻³ m
- D. 10⁻¹² m
Réponse
A. 10⁻⁹ m — 1 nm = 10⁻⁹ m ; c’est le micromètre qui vaut 10⁻⁶ m.
La lumière blanche du Soleil est :
- A. monochromatique, de spectre continu
- B. polychromatique, de spectre continu
- C. polychromatique, de spectre de raies
- D. monochromatique, faite d’une raie
Réponse
B. polychromatique, de spectre continu — C’est la superposition de toutes les radiations visibles : polychromatique, de spectre continu.
Sur l’écran d’un spectromètre, une raie d’émission apparaît comme :
- A. un creux large de la courbe
- B. une courbe plate, sans pic
- C. un pic fin de la courbe
- D. une bosse très large et arrondie
Réponse
C. un pic fin de la courbe — Le spectromètre trace l’intensité en fonction de λ : une raie fine donne un pic fin.
L’allure du spectre continu d’un corps chaud dépend surtout :
- A. de sa nature chimique
- B. de la masse du corps
- C. de la forme du corps
- D. de sa température
Réponse
D. de sa température — Un spectre d’origine thermique dépend de la température, pas de la nature du corps.
Niveau moyen ★★ — 12 questions
Une radiation a pour longueur d’onde 4,9 × 10⁻⁷ m. Sa longueur d’onde et sa couleur sont :
- A. 49 nm, ultraviolet
- B. 4 900 nm, infrarouge
- C. 490 nm, bleu
- D. 0,49 nm, violet
Réponse
C. 490 nm, bleu — 4,9 × 10⁻⁷ m = 490 × 10⁻⁹ m = 490 nm, entre 450 et 500 nm : bleu.
Sur une photo de spectre, deux raies de 437 nm et 617 nm sont distantes de 60 mm. L’échelle vaut :
- A. 3,0 nm/mm
- B. 0,33 nm/mm
- C. 10 nm/mm
- D. 7,3 nm/mm
Réponse
A. 3,0 nm/mm — (617 − 437) ÷ 60 = 180 ÷ 60 = 3,0 nm/mm.
Avec une échelle de 2,0 nm/mm, une raie située 25 mm à droite d’une raie de 512 nm (λ croissant vers la droite) a pour longueur d’onde :
- A. 537 nm
- B. 462 nm
- C. 1 024 nm
- D. 562 nm
Réponse
D. 562 nm — λ = 512 + 2,0 × 25 = 512 + 50 = 562 nm.
Chez un souffleur de verre, une boule de verre en fusion est jaune au centre et orangée au bord. On peut affirmer que :
- A. le bord orangé est le plus chaud
- B. le centre jaune est le plus chaud
- C. centre et bord ont la même température
- D. le bord contient un autre élément
Réponse
B. le centre jaune est le plus chaud — Plus un corps est chaud, plus son spectre s’enrichit en courtes longueurs d’onde : l’orangé, puis le jaune, puis le blanc. Le centre jaune est le plus chaud.
Une lampe émet les raies 425, 530 et 690 nm (±2 nm). L’élément A a pour raies 425 et 690 nm ; l’élément B 425, 530 et 648 nm. On conclut :
- A. A est présent, B ne l’est pas
- B. B est présent, A ne l’est pas
- C. A et B sont présents tous les deux
- D. ni A ni B n’est présent
Réponse
A. A est présent, B ne l’est pas — Toutes les raies de A sont présentes ; la raie de 648 nm de B manque, donc B est absent. La raie de 530 nm révèle une autre entité.
Le spectre d’émission d’un gaz ne présente, dans le visible, qu’une raie, à 603 nm. Éclairé en lumière blanche, ce gaz peut absorber, dans le visible :
- A. toutes les radiations sauf 603 nm
- B. toutes les radiations du visible
- C. seulement les radiations bleues
- D. seulement la radiation de 603 nm
Réponse
D. seulement la radiation de 603 nm — Une entité ne peut absorber que des radiations qu’elle est capable d’émettre : ici, seule celle de 603 nm.
La radiation de longueur d’onde 1,2 µm est :
- A. visible et rouge (120 nm)
- B. infrarouge (1 200 nm)
- C. ultraviolette (12 nm)
- D. visible et violette (1 200 nm)
Réponse
B. infrarouge (1 200 nm) — 1,2 µm = 1 200 nm > 800 nm : infrarouge.
On augmente la tension aux bornes d’une lampe à filament. Son spectre :
- A. perd ses radiations bleues et violettes
- B. devient un spectre de raies d’émission
- C. s’enrichit vers le violet et s’intensifie
- D. reste strictement identique à l’œil
Réponse
C. s’enrichit vers le violet et s’intensifie — Le filament chauffe davantage : spectre plus intense et plus riche en courtes longueurs d’onde.
Une radiation de 500,0 nm dans le vide a, dans l’air (n ≈ 1,000 3), une longueur d’onde d’environ :
- A. 500,2 nm
- B. 499,9 nm
- C. 485,0 nm
- D. 515,0 nm
Réponse
B. 499,9 nm — λair = 500,0 ÷ 1,000 3 ≈ 499,9 nm : à peine plus courte que dans le vide.
Une lampe inconnue montre une raie à 656,3 nm. Pour conclure qu’elle contient de l’hydrogène, il faut aussi trouver :
- A. une raie noire à 656,3 nm
- B. un fond continu du rouge au violet
- C. ses raies de 410,2 ; 434,0 et 486,1 nm
- D. une seule raie, très intense
Réponse
C. ses raies de 410,2 ; 434,0 et 486,1 nm — Une seule coïncidence ne prouve rien : toutes les raies visibles de l’hydrogène doivent être retrouvées.
Un corps chaud passe de 900 °C à 1 300 °C. Il :
- A. émet plus, et davantage dans le bleu
- B. émet moins, et davantage dans le rouge
- C. émet autant, mais dans le bleu
- D. émet plus, mais seulement dans le rouge
Réponse
A. émet plus, et davantage dans le bleu — Plus chaud : la courbe d’émission monte et son maximum se déplace vers les courtes longueurs d’onde.
Une photo de spectre a une échelle de 4,0 nm/mm ; les positions sont lues à ±0,3 mm. L’incertitude sur λ vaut :
- A. ±0,3 nm
- B. ±13 nm
- C. ±0,075 nm
- D. ±1,2 nm
Réponse
D. ±1,2 nm — Erreur sur λ = k × Δx = 4,0 × 0,3 = 1,2 nm.
Niveau difficile ★★★ — 12 questions
Un élève voit une raie jaune dans un spectre et conclut à la présence de sodium. Pourquoi est-ce insuffisant ?
- A. le sodium n’émet que dans l’ultraviolet
- B. une raie jaune est toujours due au fer
- C. il faut d’abord mesurer la température
- D. il faut λ précise et toutes ses raies
Réponse
D. il faut λ précise et toutes ses raies — Plusieurs entités ont des raies jaunes : il faut la longueur d’onde précise et toutes les raies de référence.
Le fond continu du spectre d’une étoile permet de connaître :
- A. sa composition chimique précise
- B. sa température de surface
- C. sa distance exacte à la Terre
- D. la masse totale de son atmosphère
Réponse
B. sa température de surface — Le fond continu dépend de la température ; la composition se lit sur les raies.
Un spectroscope ne sépare que des raies distantes d’au moins 0,8 nm. Deux raies à 612,3 nm et 612,9 nm apparaissent :
- A. comme deux raies bien distinctes
- B. comme deux raies noires décalées
- C. comme une seule raie
- D. invisibles, car dans l’infrarouge
Réponse
C. comme une seule raie — 612,9 − 612,3 = 0,6 nm < 0,8 nm : les deux raies sont confondues.
Une lumière jaune donne, à travers un prisme, une seule raie fine. Cette lumière est :
- A. monochromatique
- B. blanche
- C. un mélange de rouge et de vert
- D. infrarouge
Réponse
A. monochromatique — Une seule raie correspond à une seule longueur d’onde : lumière monochromatique.
Une vapeur absorbe à 389 nm. Sur l’écran, un élève ne voit aucune raie noire. L’explication la plus plausible :
- A. 389 nm est hors du visible (UV proche)
- B. la vapeur n’absorbe pas réellement
- C. les raies d’absorption sont invisibles
- D. la vapeur est trop froide pour absorber
Réponse
A. 389 nm est hors du visible (UV proche) — 389 nm < 400 nm : la raie est dans l’ultraviolet, l’œil ne peut pas la voir sur l’écran.
Un fil de cuivre et un fil de tungstène portés à la même température émettent :
- A. des spectres de raies différents
- B. des spectres d’absorption identiques
- C. des spectres continus de même allure
- D. aucun rayonnement, quelle que soit T
Réponse
C. des spectres continus de même allure — Le spectre continu d’origine thermique dépend de la température, pas de la nature du corps.
Les raies noires du spectre solaire reçu au sol sont dues à :
- A. l’émission des éléments de la surface du Soleil
- B. l’absorption par les atmosphères du Soleil et de la Terre
- C. des défauts de fabrication du prisme utilisé
- D. l’absence de ces éléments dans le Soleil
Réponse
B. l’absorption par les atmosphères du Soleil et de la Terre — Ce sont des raies d’absorption : la plupart viennent de l’atmosphère du Soleil, quelques-unes de celle de la Terre.
Une lampe à filament et une lampe à DEL « blanc chaud » ont la même couleur apparente. Pour savoir si leurs lumières sont identiques, il faut :
- A. comparer leurs couleurs à l’œil nu
- B. comparer leur prix d’achat
- C. les regarder à travers un filtre rouge
- D. comparer leurs spectres
Réponse
D. comparer leurs spectres — Deux lumières de même couleur peuvent avoir des spectres très différents : seul le spectre tranche.
Un spectromètre enregistre de 380 à 750 nm. Une entité X a des raies à 520 nm et 790 nm ; on enregistre une raie à 520 nm. On peut dire :
- A. X n’est pas exclue : 790 nm est hors plage
- B. X est absente : la raie de 790 nm manque
- C. X est présente : une raie suffit toujours
- D. le spectromètre est forcément défaillant
Réponse
A. X n’est pas exclue : 790 nm est hors plage — Une raie absente n’exclut une entité que si elle est dans le domaine observé ; il faudrait d’autres raies pour conclure.
Sur une photo étalonnée, k = 3,0 nm/mm. Un élève calcule λ = λ₁ + (x − x₁) ÷ k. Son erreur :
- A. il fallait diviser par 2
- B. aucune, la formule est juste
- C. il fallait ajouter k au résultat
- D. il fallait multiplier par k
Réponse
D. il fallait multiplier par k — k est en nm/mm : k × (x − x₁) donne des nm ; une division donnerait des mm² par nm, sans sens.
Un filtre rouge éclairé en lumière blanche et un laser rouge donnent des lumières de même couleur. À travers un prisme :
- A. les deux donnent une seule raie rouge
- B. le filtre donne une bande, le laser une raie
- C. les deux donnent une bande rouge continue
- D. le laser donne une bande, le filtre une raie
Réponse
B. le filtre donne une bande, le laser une raie — Le filtre transmet toute une partie du spectre (polychromatique) ; le laser n’émet qu’une radiation.
Une étoile paraît rouge. On peut en déduire que :
- A. elle contient surtout du fer
- B. elle s’éloigne forcément de nous
- C. sa surface est moins chaude que celle du Soleil
- D. elle émet surtout dans l’ultraviolet
Réponse
C. sa surface est moins chaude que celle du Soleil — Un spectre continu riche en rouge et pauvre en bleu est celui d’un corps moins chaud que le Soleil, jaune-blanc.
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