Dualité onde-corpuscule de la lumière

Première générale Spé · Physique-Chimie Spé 1ère

À retenir

• Aspect ondulatoire : propagation, dispersion, diffraction, interférences (, ). • Aspect corpusculaire : échanges d'énergie avec la matière, photon d'énergie E = h. • Photons envoyés un par un : impacts ponctuels qui, accumulés, forment des franges d'interférences. • E = h = hc/ relie les deux descriptions.

Le cours

1. Deux modèles pour une même lumière Aspect ondulatoireAspect corpusculaire Grandeurs : , , TGrandeur : énergie E de chaque photon Explique : propagation, dispersion, diffraction, interférencesExplique : effet photoélectrique, absorption et émission par les atomes, détection photon par photon Décrit le trajet de la lumièreDécrit les échanges d'énergie avec la matière La relation de Planck-Einstein fait le pont entre les deux descriptions : une grandeur ondulatoire (la fréquence) fixe une grandeur corpusculaire (l'énergie du photon). E = h = hc/ 2. L'expérience photon par photon On envoie sur deux fentes fines une lumière si faible que les photons arrivent un par un sur un détecteur. Chaque photon laisse un impact ponctuel (comportement de particule). Mais après des milliers d'impacts, ceux-ci dessinent des franges d'interférences (comportement d'onde). L'onde indique où le photon a le plus de chances d'arriver ; le photon dit où il est effectivement détecté. La lumière n'est ni une onde classique ni une bille : c'est un objet quantique qui présente les deux aspects. C'est la dualité onde-corpuscule, approfondie en Terminale. 3. Méthode : choisir le bon modèle 1. Le phénomène concerne-t-il le trajet de la lumière (déviation, étalement, franges) ? Modèle ondulatoire. 2. Concerne-t-il un échange d'énergie avec la matière (absorption, émission, électron arraché, détection) ? Modèle du photon. 3. Pour passer de l'un à l'autre, utiliser E = hc/. 4. Attention Diminuer l'intensité d'une lumière ne change pas l'énergie de ses photons : cela diminue seulement leur nombre par seconde. La couleur, donc , reste la même.

Dans ce chapitre

• Propagation rectiligne de la lumière et vitesse de Seconde
• Spectre de la lumière blanche et dispersion par un prisme de Seconde
• Spectres d'émission et d'absorption de Seconde
• Le modèle ondulatoire de la lumière : ondes électromagnétiques
• Le spectre électromagnétique global
• Limites du modèle ondulatoire classique : le rayonnement du corps noir
• Le modèle corpusculaire : le photon et quanta d'énergie
• Effet photoélectrique : description et interprétation quantique
• Bilan énergétique de l'effet photoélectrique
• Dualité onde-corpuscule de la lumière
• Niveaux d'énergie atomique et quantification
• Spectres de raies et identification chimique des étoiles
• Applications technologiques des photons : lasers et cellules photovoltaïques
• Bilan : Synthèse et méthode sur Modèle ondulatoire et corpusculaire de la lumière