Au programme de ce chapitre
- I. Le photon, quantum d'énergie lumineuse
- II. L'effet photoélectrique
- III. Quantification des niveaux d'énergie et spectres
- Savoir-faire
- Exercices types corrigés
- Teste-toi — vrai ou faux ?
- Pièges fréquents et astuces
- À retenir
La définition à retenir
Définition La lumière peut être décrite comme un flux de grains d'énergie appelés photons, particules de masse nulle se déplaçant à la célérité c dans le vide. Chaque photon associé à une onde électromagnétique de fréquence ν (ou de longueur d'onde λ dans le vide) transporte une énergie E = h×ν = h×c/λ, où h = 6,626 × 10⁻³⁴ J·s est la constante de Planck.
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Un exemple corrigé
Exemple Un photon de lumière verte, de longueur d'onde λ = 500 nm dans le vide, a une énergie E = hc/λ = (6,626×10⁻³⁴ × 2,998×10⁸)/(500×10⁻⁹) = 3,97 × 10⁻¹⁹ J, soit, en divisant par e = 1,602 × 10⁻¹⁹ C, E = 2,48 eV.
Les erreurs fréquentes à éviter
Piège. La lumière n'est pas « soit onde soit particule » : elle présente les DEUX aspects (dualité).
Attention L'effet photoélectrique ne dépend pas de l'intensité lumineuse mais de la fréquence de chaque photon : une lumière très intense mais de fréquence inférieure à ν₀ n'arrache aucun électron, alors qu'une lumière faible mais de fréquence suffisante en arrache immédiatement (avec un nombre d'électrons proportionnel à l'intensité).
L'astuce du prof
Astuce. Diffraction/interférences → aspect ondulatoire ; effet photoélectrique → aspect particulaire.
Exercices corrigés
Cherche d'abord seul, puis ouvre la correction.
Exercice 1
Qu'est-ce qu'un photon ?
Voir la correction
Un « grain » de lumière, d'énergie E = h·ν.
Exercice 2
Que signifie la dualité onde-particule ?
Voir la correction
La lumière se comporte à la fois comme une onde et comme un ensemble de particules (photons).