Ondes et Physique Quantique
Bac 2025 : Ce chapitre est au programme de l'épreuve de spécialité !
La physique quantique a révolutionné notre compréhension du monde microscopique. La lumière possède une double nature : onde et particule (photon).
Objectifs du chapitre
- Comprendre l'effet Doppler
- Expliquer la dualité onde-corpuscule
- Calculer l'énergie d'un photon
L'effet Doppler
Quand une source d'ondes se déplace par rapport à un observateur, la fréquence perçue est modifiée. Si la source s'approche, la fréquence augmente (son plus aigu, lumière décalée vers le bleu).
Le photon
La lumière est composée de photons, particules d'énergie E = hν = hc/λ où h est la constante de Planck. Un photon violet a plus d'énergie qu'un photon rouge car sa fréquence est plus élevée.
Dualité onde-corpuscule
Toute particule peut se comporter comme une onde et vice-versa. La longueur d'onde de de Broglie d'une particule est λ = h/p = h/(mv). Cet effet est observable pour les électrons mais négligeable pour les objets macroscopiques.
Formules à retenir
Δf/f = v/cDécalage relatif de fréquence
E = hν = hc/λh = 6,63×10⁻³⁴ J⋅s
λ = h/p = h/(mv)Longueur d'onde associée
Exercice d'application
Question : Calculer l'énergie d'un photon de lumière verte (λ = 500 nm). h = 6,63×10⁻³⁴ J⋅s, c = 3×10⁸ m/s.
Voir la solution
Réponse : E = hc/λ = 6,63×10⁻³⁴ × 3×10⁸ / 500×10⁻⁹ = 3,98×10⁻¹⁹ J ≈ 2,5 eV
