Lycée · Terminale · Spécialité Physique-Chimie
Ondes électromagnétiques
Nature, spectre et propagation des ondes électromagnétiques (programme Tle spé PC)
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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
Quelle est la célérité des ondes électromagnétiques dans le vide ?
- A. 3,00 × 10⁸ m/s
- B. 3,00 × 10⁶ m/s
- C. 3,00 × 10¹⁰ m/s
- D. 3,00 × 10⁵ km/s
Réponse
A. 3,00 × 10⁸ m/s — c ≈ 3,00 × 10⁸ m/s, soit environ 300 000 km/s dans le vide.
Parmi les ondes suivantes, laquelle a la plus grande longueur d'onde ?
- A. Rayons gamma
- B. Ultraviolet
- C. Ondes radio
- D. Rayons X
Réponse
C. Ondes radio — Les ondes radio ont les plus grandes longueurs d'onde du spectre électromagnétique (de l'ordre du mètre à des centaines de kilomètres).
Quelle propriété physique caractérise un photon selon Einstein ?
- A. Sa masse
- B. Son énergie E = hf
- C. Sa charge électrique
- D. Sa température
Réponse
B. Son énergie E = hf — Un photon est caractérisé par son énergie E = h·f, proportionnelle à sa fréquence. Il n'a pas de masse au repos ni de charge.
La lumière visible est comprise entre environ :
- A. 400 nm et 780 nm
- B. 100 nm et 400 nm
- C. 780 nm et 1000 nm
- D. 10 nm et 100 nm
Réponse
A. 400 nm et 780 nm — Le domaine visible s'étend de 400 nm (violet) à 780 nm (rouge) environ.
Quelle est la relation entre longueur d'onde λ, fréquence f et célérité v ?
- A. v = λ + f
- B. v = λ × f
- C. v = λ / f
- D. v = f / λ
Réponse
B. v = λ × f — La relation fondamentale est v = λ × f (ou λ = v/f). Dans le vide, c = λ × f.
L'indice de réfraction d'un milieu est :
- A. Toujours inférieur à 1
- B. Toujours supérieur à 1
- C. Toujours égal à 1
- D. Peut être inférieur à 1
Réponse
B. Toujours supérieur à 1 — n = c/v ≥ 1 car la lumière se propage dans un milieu matériel à une vitesse v ≤ c.
Quel domaine du spectre est utilisé par les télécommandes TV ?
- A. Ultraviolet
- B. Micro-ondes
- C. Infrarouge
- D. Ondes radio
Réponse
C. Infrarouge — Les télécommandes utilisent des LED infrarouge (λ ≈ 940 nm) pour envoyer des impulsions lumineuses.
Un rayonnement ionisant est capable de :
- A. Chauffer les aliments
- B. Arracher des électrons à la matière
- C. Réfléchir sur un miroir
- D. Se propager dans l'eau uniquement
Réponse
B. Arracher des électrons à la matière — Un rayonnement ionisant (UV, X, gamma) a suffisamment d'énergie pour ioniser les atomes, c'est-à-dire arracher leurs électrons.
La constante de Planck h vaut :
- A. 6,63 × 10⁻³⁴ J·s
- B. 6,63 × 10⁻²⁴ J·s
- C. 6,63 × 10⁻¹⁴ J·s
- D. 6,63 × 10⁻⁴⁴ J·s
Réponse
A. 6,63 × 10⁻³⁴ J·s — h = 6,63 × 10⁻³⁴ J·s est une constante fondamentale de la physique quantique.
Lorsqu'un atome absorbe un photon, il :
- A. Descend vers un niveau d'énergie inférieur
- B. Monte vers un niveau d'énergie supérieur
- C. Ne change pas d'état
- D. Émet un électron
Réponse
B. Monte vers un niveau d'énergie supérieur — L'absorption d'un photon provoque la transition de l'atome vers un état excité d'énergie supérieure.
Quel domaine du spectre électromagnétique est utilisé pour les radars météorologiques ?
- A. Infrarouge
- B. Micro-ondes
- C. Ultraviolet
- D. Rayons X
Réponse
B. Micro-ondes — Les radars météo utilisent les micro-ondes (fréquences de quelques GHz), qui sont réfléchies par les gouttes de pluie.
Dans le spectre visible, quelle couleur a la longueur d'onde la plus courte ?
- A. Rouge
- B. Jaune
- C. Vert
- D. Violet
Réponse
D. Violet — Le violet a la plus courte longueur d'onde (≈ 400 nm) parmi les couleurs visibles. Le rouge a la plus grande (≈ 780 nm).
Niveau moyen — 12 questions
La lumière passe du vide (n=1) dans un verre d'indice n=1,5. Que se passe-t-il pour la fréquence ?
- A. Elle augmente d'un facteur 1,5
- B. Elle diminue d'un facteur 1,5
- C. Elle reste constante
- D. Elle est multipliée par n²
Réponse
C. Elle reste constante — La fréquence ne change pas lors d'un changement de milieu. Seules la vitesse et la longueur d'onde varient.
Une onde radio a une fréquence f = 100 MHz. Quelle est sa longueur d'onde dans le vide ?
- A. 3 m
- B. 30 m
- C. 0,3 m
- D. 300 m
Réponse
A. 3 m — λ = c/f = 3,00×10⁸ / 10⁸ = 3 m.
L'énergie d'un photon UV de longueur d'onde 300 nm est ≈ :
- A. 4,14 eV
- B. 2,07 eV
- C. 8,28 eV
- D. 1,04 eV
Réponse
A. 4,14 eV — E = hc/λ = 6,63×10⁻³⁴ × 3,00×10⁸ / 300×10⁻⁹ ≈ 6,63×10⁻¹⁹ J ≈ 4,14 eV.
Si la longueur d'onde d'une onde double, son énergie de photon :
- A. Double
- B. Est divisée par 2
- C. Est multipliée par 4
- D. Reste identique
Réponse
B. Est divisée par 2 — E = hc/λ. Si λ double, E est divisée par 2. L'énergie est inversement proportionnelle à la longueur d'onde.
La lumière rouge (λ = 700 nm) dans un verre d'indice n = 1,50 a une longueur d'onde de :
- A. 467 nm
- B. 700 nm
- C. 1050 nm
- D. 233 nm
Réponse
A. 467 nm — λ_verre = λ_vide / n = 700 / 1,50 ≈ 467 nm.
Quel est l'ordre correct du spectre EM, de la plus grande à la plus petite longueur d'onde ?
- A. Gamma, X, UV, visible, IR, micro-ondes, radio
- B. Radio, micro-ondes, IR, visible, UV, X, gamma
- C. Visible, radio, UV, IR, X, micro-ondes, gamma
- D. UV, visible, IR, radio, X, gamma, micro-ondes
Réponse
B. Radio, micro-ondes, IR, visible, UV, X, gamma — De la plus grande à la plus petite λ : radio → micro-ondes → IR → visible → UV → X → gamma.
Un photon a une énergie de 2,0 eV. Sa longueur d'onde dans le vide est :
- A. 621 nm
- B. 310 nm
- C. 1240 nm
- D. 414 nm
Réponse
A. 621 nm — λ = hc/E = 6,63×10⁻³⁴ × 3,00×10⁸ / (2,0 × 1,60×10⁻¹⁹) ≈ 621 nm (lumière rouge-orange).
La vitesse de la lumière dans un milieu d'indice n = 1,33 est :
- A. 2,26 × 10⁸ m/s
- B. 4,00 × 10⁸ m/s
- C. 1,33 × 10⁸ m/s
- D. 3,00 × 10⁸ m/s
Réponse
A. 2,26 × 10⁸ m/s — v = c/n = 3,00×10⁸ / 1,33 ≈ 2,26×10⁸ m/s.
Un atome émet un photon de 3,0 eV. Il effectue une transition entre les niveaux E₂ et E₁. Quelle relation est correcte ?
- A. E₁ - E₂ = 3,0 eV
- B. E₂ - E₁ = 3,0 eV
- C. E₂ + E₁ = 3,0 eV
- D. E₂ × E₁ = 3,0 eV
Réponse
B. E₂ - E₁ = 3,0 eV — Lors d'une émission, l'atome passe du niveau supérieur E₂ au niveau inférieur E₁. L'énergie du photon émis est E₂ - E₁ = 3,0 eV.
Quelle est la fréquence d'un photon d'énergie E = 5,0 × 10⁻¹⁹ J ?
- A. 7,54 × 10¹⁴ Hz
- B. 5,0 × 10¹⁴ Hz
- C. 3,32 × 10¹⁴ Hz
- D. 1,00 × 10¹⁵ Hz
Réponse
A. 7,54 × 10¹⁴ Hz — f = E/h = 5,0×10⁻¹⁹ / 6,63×10⁻³⁴ ≈ 7,54×10¹⁴ Hz.
Les ondes X et les ondes gamma diffèrent principalement par :
- A. Leur vitesse de propagation
- B. Leur origine (atomique vs nucléaire) et leur énergie
- C. Leur nature (l'une est transversale, l'autre longitudinale)
- D. Leur capacité à se propager dans le vide
Réponse
B. Leur origine (atomique vs nucléaire) et leur énergie — X et gamma sont tous deux des OEM, mais les X proviennent de transitions électroniques (énergie modérée) et les gamma de désintégrations nucléaires (très grande énergie).
Quelle est la période d'une onde de fréquence f = 2,45 GHz (micro-ondes) ?
- A. 4,08 × 10⁻¹⁰ s
- B. 4,08 × 10⁻⁹ s
- C. 4,08 × 10⁻⁷ s
- D. 4,08 × 10⁻¹¹ s
Réponse
A. 4,08 × 10⁻¹⁰ s — T = 1/f = 1/(2,45×10⁹) ≈ 4,08×10⁻¹⁰ s.
Niveau difficile — 12 questions
Un atome d'hydrogène passe du niveau n=4 (E₄ = -0,85 eV) au niveau n=2 (E₂ = -3,40 eV). Le photon émis a une longueur d'onde de :
- A. 487 nm
- B. 656 nm
- C. 122 nm
- D. 1876 nm
Réponse
A. 487 nm — ΔE = -0,85-(-3,40) = 2,55 eV. λ = hc/E = 6,63×10⁻³⁴ × 3,00×10⁸ / (2,55 × 1,60×10⁻¹⁹) ≈ 4,87×10⁻⁷ m = 487 nm (bleu-vert, raie Hβ).
Effet Doppler : une étoile s'éloigne à v = 0,01c. La raie Hα (λ₀ = 656 nm) est reçue à :
- A. 662,6 nm
- B. 649,4 nm
- C. 656 nm
- D. 658,3 nm
Réponse
A. 662,6 nm — Δλ = λ₀ × v/c = 656 × 0,01 = 6,56 nm. λ_reçue = 656 + 6,56 ≈ 662,6 nm (décalage vers le rouge).
Un photon a une longueur d'onde λ = 1 pm. À quel domaine appartient-il ?
- A. Infrarouge
- B. Ultraviolet
- C. Rayons X durs ou rayons gamma
- D. Micro-ondes
Réponse
C. Rayons X durs ou rayons gamma — 1 pm = 10⁻¹² m = 0,001 nm. C'est très inférieur à 0,01 nm, donc dans le domaine des rayons X durs / rayons gamma.
Dans une fibre optique d'indice n = 1,45, la vitesse de la lumière est réduite de :
- A. 31 %
- B. 45 %
- C. 55 %
- D. 69 %
Réponse
A. 31 % — v = c/n = c/1,45 ≈ 0,69c. Réduction = (1 - 1/1,45) × 100 = (1 - 0,69) × 100 ≈ 31 %.
Un laser émet 10¹⁸ photons/s à λ = 500 nm. Quelle est sa puissance ?
- A. 0,40 W
- B. 4,0 × 10⁻¹⁶ W
- C. 4,0 W
- D. 0,040 W
Réponse
A. 0,40 W — E_photon = hc/λ = 6,63×10⁻³⁴ × 3×10⁸ / 500×10⁻⁹ ≈ 3,98×10⁻¹⁹ J. P = N × E = 10¹⁸ × 3,98×10⁻¹⁹ ≈ 0,40 W.
Lors d'une absorption par un atome, si l'énergie du photon incident est inférieure à la différence entre deux niveaux :
- A. Le photon est absorbé partiellement
- B. Le photon est réfléchi
- C. L'atome n'absorbe pas le photon
- D. Le photon est dévié
Réponse
C. L'atome n'absorbe pas le photon — L'absorption est un phénomène quantique : l'énergie du photon doit correspondre EXACTEMENT à la différence d'énergie entre deux niveaux (E₂ - E₁). Sinon, l'atome est transparent pour ce photon.
La dispersion de la lumière blanche par un prisme est due au fait que :
- A. La vitesse de la lumière dans le vide dépend de la fréquence
- B. L'indice de réfraction du verre dépend de la fréquence
- C. Les ondes de grande fréquence se propagent plus vite dans le verre
- D. Le verre absorbe certaines fréquences
Réponse
B. L'indice de réfraction du verre dépend de la fréquence — L'indice n du verre dépend de la fréquence (n augmente quand λ diminue). Donc chaque couleur est réfractée différemment, décomposant la lumière blanche.
Pour un radar Doppler émettant à f_e = 10 GHz, un avion s'approchant à 900 km/h provoque un décalage de fréquence d'environ :
- A. 16,7 kHz
- B. 8,3 kHz
- C. 33,4 kHz
- D. 1,67 kHz
Réponse
A. 16,7 kHz — v = 900/3,6 = 250 m/s. Δf = 2v × f_e / c = 2 × 250 × 10×10⁹ / 3×10⁸ ≈ 16 700 Hz ≈ 16,7 kHz (facteur 2 car aller-retour).
L'énergie d'ionisation de l'hydrogène est 13,6 eV. Quelle est la longueur d'onde maximale d'un photon capable d'ioniser l'hydrogène ?
- A. 91,2 nm
- B. 136 nm
- C. 656 nm
- D. 243 nm
Réponse
A. 91,2 nm — λ_max = hc/E = 6,63×10⁻³⁴ × 3×10⁸ / (13,6 × 1,60×10⁻¹⁹) ≈ 9,12×10⁻⁸ m = 91,2 nm (UV lointain).
Qu'est-ce qu'un spectre d'émission en comparaison d'un spectre d'absorption ?
- A. Des raies brillantes sur fond sombre vs raies sombres sur fond continu
- B. Des raies sombres sur fond continu vs raies brillantes sur fond sombre
- C. Deux spectres identiques aux mêmes longueurs d'onde
- D. Un spectre continu vs un spectre de raies
Réponse
A. Des raies brillantes sur fond sombre vs raies sombres sur fond continu — Spectre d'émission : raies brillantes (colorées) sur fond noir, aux longueurs d'onde émises. Spectre d'absorption : raies sombres sur fond continu, aux mêmes longueurs d'onde (absorbées par le même atome).
Une lumière de longueur d'onde λ = 400 nm dans le vide entre dans un milieu d'indice n = 2,0. Sa longueur d'onde dans le milieu est :
- A. 200 nm
- B. 800 nm
- C. 400 nm
- D. 100 nm
Réponse
A. 200 nm — λ_milieu = λ_vide / n = 400 / 2,0 = 200 nm.
Un photon gamma de 1 MeV a une longueur d'onde d'environ :
- A. 1,24 × 10⁻¹² m
- B. 1,24 × 10⁻⁹ m
- C. 1,24 × 10⁻⁶ m
- D. 1,24 × 10⁻¹⁵ m
Réponse
A. 1,24 × 10⁻¹² m — E = 1 MeV = 10⁶ × 1,60×10⁻¹⁹ = 1,60×10⁻¹³ J. λ = hc/E = 6,63×10⁻³⁴ × 3×10⁸ / 1,60×10⁻¹³ ≈ 1,24×10⁻¹² m = 1,24 pm.
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