Couleurs, lumière et photon

Réponse attendue : B, E

1. A — Faux. La synthèse additive décrit la perception du mélange ; aucune fusion obligatoire de photons n’est impliquée.

2. B — Vrai. La perception jaune vient de la superposition des deux rayonnements dans l’œil, pas d’une transformation chimique des sources.

3. C — Faux. Les peintures absorbent des parties du spectre : leur synthèse soustractive diffère d’un mélange de faisceaux lumineux.

4. D — Faux. Les faisceaux lumineux s’ajoutent ; l’obscurité résulterait d’une absence de lumière reçue.

5. E — Vrai. En synthèse additive, la superposition de lumières rouge et verte adaptées est perçue comme du jaune. Les intensités relatives conditionnent cette perception ; le résultat n'est pas une radiation monochromatique jaune.

Réponse attendue : A, C, D

1. A — Vrai. Plusieurs composantes spectrales peuvent produire une perception blanche ; un mélange RVB en est un exemple.

2. B — Faux. Il s’agit de faisceaux superposés sur un écran, non de filtres ou pigments absorbants.

3. C — Vrai. Il reste les lumières rouge et verte, dont la synthèse additive adaptée est perçue jaune.

4. D — Vrai. En synthèse additive, rouge + vert + bleu d’intensités adaptées stimulent les cônes de manière compatible avec le blanc. Cette perception résulte de la stimulation conjointe des trois familles de cônes.

5. E — Faux. Le blanc n’est pas associé à une unique longueur d’onde du visible ; il peut provenir d’un mélange spectral.

Réponse attendue : C, E

1. A — Faux. Il sélectionne des composantes de la lumière incidente ; la couleur perçue peut résulter de vert et bleu transmis.

2. B — Faux. Ce comportement correspondrait plutôt à un filtre rouge, alors que le filtre cyan absorbe le rouge.

3. C — Vrai. Le cyan est la synthèse additive du vert et du bleu transmis par le filtre.

4. D — Faux. Un filtre cyan idéal du modèle laisse passer deux composantes, vert et bleu, pas une seule raie imposée.

5. E — Vrai. Le rouge est complémentaire du cyan ; un filtre cyan idéal le retire de la lumière blanche incidente. On raisonne composante par composante en comparant l'entrée et la sortie du filtre.

Réponse attendue : B, C, D, E

1. A — Faux. La description donnée dit l’inverse : il absorbe bleu et renvoie rouge et vert.

2. B — Vrai. Cette absorption est explicitement donnée et contribue à la synthèse soustractive de la couleur de l’objet.

3. C — Vrai. Si l’éclairage ne contient plus les composantes qu’il réfléchit, les rayonnements atteignant l’œil changent. Une surface n'a donc pas une couleur perçue indépendante de la lumière reçue.

4. D — Vrai. Il peut simplement renvoyer certaines composantes de l’éclairage ; aucune émission autonome n’est donnée.

5. E — Vrai. Les composantes rouge et verte réfléchies stimulent ensemble une perception jaune.

Réponse attendue : D

1. A — Faux. Elle ne produit pas elle-même du rouge ; sous un éclairage uniquement bleu, le rouge à renvoyer manque.

2. B — Faux. Elle ne renvoie pas le bleu et ne reçoit pas de rouge ; la synthèse indiquée ne s’applique pas.

3. C — Faux. La couleur perçue résulte du spectre incident, des interactions de l’objet et de l’observation.

4. D — Vrai. Elle absorbe le bleu reçu et aucune composante rouge n’est disponible pour être réfléchie vers l’œil. Le modèle suppose l'absence de fluorescence et de réflexion d'autres composantes.

5. E — Faux. Aucune propriété fluorescente n’est annoncée ; le modèle dit seulement réflexion sélective et absorption.

Réponse attendue : B, C

1. A — Faux. Un pigment sélectionne en absorbant des composantes de l’éclairage ; il ne crée pas les trois faisceaux RVB.

2. B — Vrai. Rouge et bleu renvoyés donnent la perception magenta par synthèse additive dans l’œil après absorption du vert. L'absorption sélective se produit sur la peinture ; le mélange additif intervient ensuite dans la vision.

3. C — Vrai. La peinture absorbe la composante verte d’après l’hypothèse ; elle ne parvient donc pas directement à l’œil depuis cette surface.

4. D — Faux. La couleur perçue peut résulter du rouge et du bleu renvoyés, sans lumière monochromatique magenta.

5. E — Faux. Une peinture magenta absorbe idéalement le vert complémentaire et renvoie rouge et bleu.

Réponse attendue : A, C, E

1. A — Vrai. Le premier laisse R + V ; le second garde l’intersection avec V + B, soit seulement V. La transmission commune des deux filtres est l'intersection {rouge, vert} ∩ {vert, bleu} = {vert}.

2. B — Faux. Rouge est bloqué par cyan et bleu par jaune ; aucun des deux ne traverse les deux filtres.

3. C — Vrai. Le filtre jaune a retiré le bleu ; un filtre passif situé ensuite ne crée pas cette composante.

4. D — Faux. Des filtres retirent des composantes : la sortie contient l’intersection des transmissions, pas leur union.

5. E — Vrai. Dans l’autre ordre, cyan donne V + B puis jaune ne garde que V ; l’intersection des transmissions reste le vert.

Réponse attendue : A, B

1. A — Vrai. Le préfixe nano signifie 10⁻⁹ : 600 × 10⁻⁹ m = 6,00 × 10⁻⁷ m.

2. B — Vrai. λ = 600 × 10⁻⁹ m = 6,00 × 10⁻⁷ m ; f = c/λ = 3,00 × 10⁸/6,00 × 10⁻⁷ = 5,00 × 10¹⁴ Hz. Les puissances de dix donnent 10⁸/10⁻⁷ = 10¹⁵ ; le coefficient 3/6 ramène à 5 × 10¹⁴.

3. C — Faux. Le nanomètre est une unité de longueur d’onde ; la fréquence s’exprime en hertz Hz = s⁻¹.

4. D — Faux. La relation est f = c/λ après conversion de λ en m, et non une multiplication par le nombre 600.

5. E — Faux. Pendant une période, elle avance d’une longueur d’onde, ici 600 nm = 6,00 × 10⁻⁷ m.

Réponse attendue : A, B, E

1. A — Vrai. E = (6,63 × 10⁻³⁴ J·s)(3,00 × 10⁸ m·s⁻¹)/(6,00 × 10⁻⁷ m) = 3,315 × 10⁻¹⁹ J.

2. B — Vrai. Dans le vide E = hc/λ ; à h et c fixes, E varie inversement avec λ.

3. C — Faux. La longueur d’onde est une distance ; E = hc/λ donne environ 3,32 × 10⁻¹⁹ J.

4. D — Faux. Le hertz exprime une fréquence ; l’énergie peut s’exprimer en J ou en eV.

5. E — Vrai. 3,315 × 10⁻¹⁹ J divisés par 1,60 × 10⁻¹⁹ J·eV⁻¹ donnent 2,07 eV. On divise l'énergie en joules par le nombre de joules correspondant à un électronvolt.

Réponse attendue : C, D

1. A — Faux. Ils ont la même valeur c dans le vide, mais leurs fréquences diffèrent ; E = hf diffère aussi.

2. B — Faux. La puissance peut changer le nombre de photons émis par temps ; l’énergie d’un photon donné dépend de sa fréquence.

3. C — Vrai. f = c/λ ; diviser λ par deux multiplie f par deux.

4. D — Vrai. E = hc/λ ; le rapport E₄₀₀/E₈₀₀ = 800/400 = 2. Le rapport inverse des longueurs d'onde évite de recalculer séparément h et c.

5. E — Faux. L’énergie varie comme 1/λ ; doubler λ divise l’énergie par deux.

Réponse attendue : A, B, C, E

1. A — Vrai. 400 nm < 550 nm < 800 nm, donc cette radiation est visible dans l’approximation donnée.

2. B — Vrai. 900 nm dépasse la limite de 800 nm ; il est du côté infrarouge.

3. C — Vrai. Avec E = hc/λ, la plus courte longueur d’onde donne la plus grande énergie par photon. Comparer les longueurs d'onde suffit ; h et c n'ont pas besoin d'être chiffrés.

4. D — Faux. Les ultraviolets sont du côté des courtes longueurs d’onde ; 900 nm est du côté infrarouge.

5. E — Vrai. 300 nm est plus court que la limite visible de 400 nm ; il est du côté ultraviolet.

Réponse attendue : A, C

1. A — Vrai. Il passe de E₂ à E₁ avec E₁ < E₂ ; sa perte d’énergie alimente le rayonnement.

2. B — Faux. Une raie résulte d’une différence bien définie entre niveaux d’énergie quantifiés.

3. C — Vrai. L’atome perd E₂ − E₁ = 3,0 eV ; cette différence est portée par le photon émis. La conservation de l'énergie relie la perte de l'atome au photon émis.

4. D — Faux. Une descente d’énergie libère un photon ; l’absorption correspondrait à une montée du niveau bas au niveau haut.

5. E — Faux. La variation de l’atome est −3,0 eV, tandis que l’énergie positive emportée par le photon est +3,0 eV.

Réponse attendue : A, E

1. A — Vrai. Il manque 1,5 eV pour atteindre l’écart annoncé de 2,5 eV dans le modèle de niveaux donné.

2. B — Faux. L’absorption vers ce niveau requiert une énergie compatible avec l’écart entre niveaux, pas une valeur quelconque.

3. C — Faux. Aucun mécanisme de conversion n’est annoncé ; son énergie reste 1,0 eV dans ce modèle.

4. D — Faux. Absorber de l’énergie permet de monter du niveau bas au niveau plus haut, pas de descendre.

5. E — Vrai. Son énergie correspond exactement à E₂ − E₁ = 2,5 eV ; l’atome peut monter au niveau excité. Cette correspondance énergétique est nécessaire pour la transition isolée annoncée.

Réponse attendue : D, E

1. A — Faux. La bande continue contient de nombreuses longueurs d’onde entre rouge et violet, pas seulement trois raies.

2. B — Faux. Chaque photon possède une énergie et une fréquence ; la source émet un ensemble de photons aux fréquences variées.

3. C — Faux. Un spectre de raies présente des lignes séparées ; la description annonce une bande continue.

4. D — Vrai. Continu concerne la présence d’un ensemble de longueurs d’onde ; leurs intensités peuvent être différentes. L'intensité varie avec λ sans créer nécessairement des lacunes dans la bande.

5. E — Vrai. La bande comporte des longueurs d’onde successives sans seulement quelques raies séparées.

Réponse attendue : B, D, E

1. A — Faux. Une raie sombre traduit un déficit de lumière transmise, pas l’émission d’une radiation noire.

2. B — Vrai. À certaines longueurs d’onde, des photons sont absorbés par le gaz ; leur intensité transmise baisse.

3. C — Faux. La présence de quelques raies précises indique une absorption sélective et non identique à toutes les longueurs d’onde.

4. D — Vrai. Les niveaux d’énergie propres aux espèces donnent des écarts particuliers et donc des longueurs d’onde caractéristiques. On peut ainsi relier les raies observées à des transitions énergétiques caractéristiques.

5. E — Vrai. La source initiale émet un ensemble continu de radiations ; le gaz en retire certaines composantes.