5CD Exercises - modèle corpusculaire de la lumière

Exercises - modèle corpusculaire de la lumière

1. Un photon a une énergie de 2,60 eV. Calculer
a) son énergie en joules
b) la fréquence de la radiation lumineuse correspondante
c) la longueur d’onde dans le vide de cette radiation. La lumière assiciée appartient-elle au spectre visible ?
(4,16.10^-19 J ; 6,28.10¹⁴ Hz ; 447 nm - visible)

2. Quelle doit être la longueur d’onde de la radiation électromagnetique permettant à l’électron de l’atome d’hydrogène de passer du niveau n=1 au niveau n=3 ? A quelle domaine du rayonnement électromagnetique appartient-elle ? (102 nm ; rayonnement U.V.)

3. Un atome d’hydrogène, à l’état fondamental, capte un photon d’énergie 13,06 eV. Que va-t-il se passer ?
(Il va passer dans l’état n=5)

4. a) Que signifie <<ioniser>> l’hydrogène ? Quelle est l’énergie minimale des photons capables d’ioniser l’hydrogène pris dans son état fondamental ?
b) Déterminer la longueur d’onde de la radiation émise lorsque la transition du niveau n=3 au niveau n=2.
(13,6 eV ; 658 nm)

5. a) Calculer l’énergie qu’il faut fournir à un atome d’hydrogène pour le faire passer de son prémière état excité à l’état excité caractérisé par n=3.
b) Donner l’expression littérale de la longueur d’onde de la radiation émise lors de la transition électronique de niveau n=m au niveau n=p, en expliquant pourquoi on a m>p.
c) Application numérique : m=3, p=2.
(1,88 eV ; 658 nm)

6. a) Expliquer brièvement le terme <<niveau d’énergie quantifiée>>.
b) Quelle est énergie minimale de l’atome d’hydrogène ? A quoi correspond-elle ?
c) A quoi correspond le niveau d’énergie E=0 ?
d) L’analyse du spectre d’émission de l’atome d’hydrogène montre la présence des radiations de longueurs d’ondes 656 nm, 486 nm, 434 nm. Ces radiations sont émises lorsque cette atome passe d’un état excité n>2 à l’état n=2.
Donner les valeurs correspondants de n.
(-13,6 eV - état fondamentale ; atome ionisé ; 3 - 4 - 5)

7. a) Faire le schéma classique du diagramme des niveaux d’énergie de l’atome d’hydrogène en utilisant l’échelle : 1 cm pour 1 eV (on ne tracera que les 6 premiers niveaux).
b) Quelle est la plus courte longueur d’onde des différents raies spectrales que peut émettre l’atome d’hydrogène lorsqu’il est excité ?
c) Répresenter par des flèches, sur le diagramme, les transitions correspondants aux différentas raies d’émission de la série dite de Balmer, cette série correspondant au retour de l’électron au niveau n=2. En déduire les deux longueurs d’onde limites de la série de Balmer.
(91,3 nm ; 365 nm et 656 nm)

8. a) Une transition d’un niveau 4 à un niveau 2 de l’atome d’hydrogène peut-elle se faire par absorption ou par émission d’un photon ? Quelle est l’énergie du photon ?
b) Lorsque l’atome est dans l’état fondamental, quelle est la plus grande longueur d’onde des radiations qu’il peut absorber ? A quelle domaine spectrale appartient cette longueur d’onde ?
c) On envoie sur des atomes d’hydrogène dans l’état fondamental différent photons, d’énergies respectives : 8,2 eV ; 10,2 eV ; 13,6 eV ; 14,6 eV.
Quelles sont les photons pouvant être absorbés ? Quelle est l’état final du système ?
(émission ; 91 nm - radiation U.V. ; non - oui, n=2 - oui,état excité - non)

9. Pourquoi les énergies des photons émis lors de la désexcitation d’un atome sont-elles quantifiées ?

10. a) Décrire l’effet photoélectrique.
b) Expliquer l’effet photoélectrique.
c) Donner la condition pour la fréquence et la longueur d’onde de photons qui peuvent provoquer l’effet photoélectrique.

11. a) Décrire l’effet Compton.
b) Expliquer l’effet Compton. Porquoi la longueur d’onde du photon diffusé augmente (son énergie diminue) ?

12. Un atome absorbe un photon dont longueur d’onde est 375 nm et émet un photon de longueur d’onde 580 nm. Quelle est l’énergie totale absorbé par l’atome ?

13. Calculer l’énergie, la quantité de mouvement et la longueur d’onde du photon émis lors d’une transition électronique d’un atome d’hydrogène de l’état n=3 dans l’état n=1.

14.Un neutron dant l’énergie cinétique est 6,0 eV frappe un atome d’hydrogène au repos dans l’état fondamental. Expliquer pourquoi le choc doit être élastique (Ec du neutron ne change pas).

15. Déterminer l’énergie qu’il faut fournir à un atome d’hydrogène pour arracher un électron si l’atome est dans l’état
a) fondamental
b) avec n=2.

16. Donner l’intervalle des longueurs d’onde pour la série de
a) Balmer
b) Lyman
Donner aussi l’intervalle des fréquences.

17. Un atome d’hydrogène émet la lumière dont la longueur d’onde est 486,1 nm.
a) Donner la transition électronique qui a provoquée cette émission.
b) Cette longueur d’onde correspond à quelle série ?

18. Un atome d’hydrogène passe de l’état dans lequel son énergie de liaison (c’est l’énergie nécessaire pour arracher l’électron) est 0,85 eV dans l’état dans lequel son énergie d’excitation (c’est la différence d’énergie entre l’énergie de cet état et énergie de l’état fondamental) est 10,2 eV.
a) Quelle est l’énergie de photon émis lors de la transition électronique
b) Donner l’état initial et l’état final de cette transition.

19. Un atome absorbe un photon dont la fréquence est 6,2.10¹⁴ Hz. L’énergie de l’atome augmente de quelle valeur ?

20. Calculer le rapport de la plus petite longueur d’onde de la série de Balmer et celle de la série de Lyman pour un atome d’hydrogène.

21. Un atome d’hydrogène s’excite de l’état fondamental dans l’état n=4.
a) Quelle est l’énergie absorbé par l’atome ?
b) Calculer et dessiner dans le diagramme énergetique différent énergie des photons qui peuvent être émis lors des transitions électroniques dans l’état fondamental ?

22. A l’aide de diagramme énergetique trouver la transition électronique dans l’atome d’hydrogène qui correspond à l’émission d’un photon de la longueur d’onde 121,6 nm.