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MPSI · Physique-chimie · Ondes et signaux · Chapitre 23

Physique quantique

Fiche de cours11 min de lecturePar Robin RinguetMise à jour : octobre 2026
À retenirLe statut de ce chapitre

Ce chapitre ne construit pas une théorie : il questionne la description classique du monde, à partir d’expériences réalisées depuis le début du XXe siècle. L’approche est avant tout qualitative : évaluer des ordres de grandeur, interpréter des expériences, établir une inégalité en ordre de grandeur.

1Ce que la physique classique ne sait pas expliquer

Propriété — trois échecs. La mécanique newtonienne et l’électromagnétisme classique échouent sur trois faits expérimentaux : (a) l’énergie échangée entre lumière et matière ne l’est que par quantités discrètes proportionnelles à la fréquence (effet photoélectrique) ; (b) un faisceau de particules matérielles produit des figures d’interférences et de diffraction (électrons, neutrons, atomes, molécules) ; (c) les atomes sont stables et n’émettent que des raies discrètes, alors qu’une charge accélérée devrait rayonner continûment.

Notation. Dans tout le chapitre, h=6,63×10−34 J⋅sh={6{,}63\times10^{-34}\,\mathrm{J}{\cdot}\mathrm{s}} est la constante de Planck et ℏ=h2π≈1,05×10−34 J⋅s\hbar=\dfrac{h}{2\pi}\approx{1{,}05\times10^{-34}\,\mathrm{J}{\cdot}\mathrm{s}}. L’électron-volt est l’unité d’énergie adaptée : 1 eV=1,60×10−19 J{1\,\mathrm{eV}}={1{,}60\times10^{-19}\,\mathrm{J}}.

2Le photon : énergie et impulsion

Définition. Un photon est le quantum du champ électromagnétique : la lumière de fréquence ν\nu n’échange de l’énergie avec la matière que par multiples entiers de hνh\nu. Un photon est une particule de masse nulle, qui se déplace toujours à la vitesse cc ; on lui associe

 E=hν=hcλ et p=Ec=hλ. \boxed{\ \mathcal{E}=h\nu=\frac{hc}{\lambda}\ }\qquad\text{et}\qquad\boxed{\ p=\frac{\mathcal{E}}{c}=\frac{h}{\lambda}.\ }

Remarque. On n’écrit jamais p=mcp=mc ni E=mc2\mathcal{E}=mc^2 pour un photon : sa masse est nulle. L’impulsion s’obtient par p=E/cp=\mathcal{E}/c, et la relation λ=h/p\lambda=h/p y est alors automatiquement vérifiée.

Méthode — repère numérique à connaître. hc=1,99×10−25 J⋅m≈1 240 eV⋅nmhc={1{,}99\times10^{-25}\,\mathrm{J}{\cdot}\mathrm{m}}\approx{1\,240\,\mathrm{eV}{\cdot}\mathrm{nm}}, d’où le calcul mental E (en eV)≈1240/λ (en nm)\mathcal{E}\,(\text{en eV})\approx 1240/\lambda\,(\text{en nm}). Visible (400 {400\,} à 800 nm{800\,\mathrm{nm}}) : 1,6 {1{,}6\,} à 3,1 eV{3{,}1\,\mathrm{eV}}, l’échelle même des énergies de liaison chimique — d’où la photochimie et la vision. Rayons X (0,1 nm{0{,}1\,\mathrm{nm}}) : 12 keV{12\,\mathrm{keV}}. Onde radio (100 MHz{100\,\mathrm{MHz}}) : 4×10−7 eV{4\times10^{-7}\,\mathrm{eV}}, d’où l’impossibilité pratique de détecter un photon radio isolé.

Propriété — expérience fondatrice : l’effet photoélectrique. Une plaque métallique éclairée émet des électrons. Trois faits y sont inexplicables par un modèle ondulatoire classique : il existe une fréquence seuil νs\nu_s en dessous de laquelle aucun électron n’est émis, quelle que soit l’intensité ; l’énergie cinétique maximale des électrons dépend de ν\nu, pas de l’intensité ; l’émission est immédiate (<1 ns<{1\,\mathrm{ns}}) même à très faible intensité, alors qu’un transfert continu demanderait un temps d’accumulation macroscopique. L’interprétation d’Einstein est un bilan d’énergie photon par photon : un photon unique cède toute son énergie à un électron unique, qui doit payer le travail d’extraction WW du métal, d’où

 Ec,max⁡=hν−W ethνs=W,λs=hcW.\boxed{\ \mathcal{E}_{c,\max}=h\nu-W\ }\qquad\text{et}\qquad h\nu_s=W,\quad\lambda_s=\frac{hc}{W}.

La mesure du potentiel d’arrêt U0=Ec,max⁡/eU_0=\mathcal{E}_{c,\max}/e en fonction de ν\nu donne une droite de pente h/eh/e : c’est la mesure historique de hh (Millikan).

Remarque. Plus directe encore, l’expérience d’anticoïncidences : une source émettant les photons un par un devant une lame semi-réfléchissante ne déclenche jamais les deux détecteurs simultanément — un photon n’est pas divisible, il est réfléchi ou transmis.

3L’onde de matière : la relation de de Broglie

Théorème — relation de de Broglie. À toute particule matérielle d’impulsion pp est associée une onde de matière de longueur d’onde

 λ=hp soit, pour une particule non relativiste de masse m et de vitesse v,λ=hmv.\boxed{\ \lambda=\frac{h}{p}\ }\qquad\text{soit, pour une particule non relativiste de masse }m\text{ et de vitesse }v,\quad\lambda=\frac{h}{mv}.

Pour un électron accéléré sous une tension UU, Ec=eU=p22m\mathcal{E}_c=eU=\dfrac{p^2}{2m} donne p=2meUp=\sqrt{2meU}, d’où le repère très utile

λ=h2meeUsoitλ (en nm)≈1,23U (en V).\lambda=\frac{h}{\sqrt{2m_eeU}}\qquad\text{soit}\qquad \lambda\,(\text{en nm})\approx\frac{1{,}23}{\sqrt{U\,(\text{en V})}}.
Exempleordres de grandeur décisifs

Électron sous 100 V{100\,\mathrm{V}} : λ=0,12 nm\lambda={0{,}12\,\mathrm{nm}} — comparable à la distance entre atomes d’un cristal, donc diffraction observable. Neutron thermique à 300 K{300\,\mathrm{K}} (Ec=32kBT≈39 meV\mathcal{E}_c=\frac32k_BT\approx{39\,\mathrm{meV}}) : λ=0,15 nm\lambda={0{,}15\,\mathrm{nm}}, même conclusion. Balle de tennis (58 g{58\,\mathrm{g}} à 30 m⋅s−1{30\,\mathrm{m}{\cdot}\mathrm{s}^{-1}}) : λ=4×10−34 m\lambda={4\times10^{-34}\,\mathrm{m}}, quarante ordres de grandeur sous toute dimension accessible — aucun effet ondulatoire observable.

Méthode — critère quantique. Comparer λ=h/p\lambda=h/p à la dimension caractéristique dd du dispositif (largeur de fente, distance interatomique, taille du confinement) : λ≪d\lambda\ll d donne une description classique suffisante, λ≳d\lambda\gtrsim d un comportement quantique manifeste.

Propriété — expérience fondatrice : diffraction des électrons. Davisson et Germer (1927) envoient un faisceau d’électrons monocinétiques sur un monocristal de nickel : l’intensité réfléchie présente des maxima dans des directions privilégiées, exactement comme pour des rayons X de même longueur d’onde, et leur position suit λ=h/2meeU\lambda=h/\sqrt{2m_eeU}. Le comportement ondulatoire de la matière est aujourd’hui établi jusqu’aux molécules de plusieurs centaines d’atomes.

4Fonction d’onde et interprétation probabiliste

Définition. À une particule est associée une fonction d’onde ψ(M,t)\psi(M,t), à valeurs complexes, qui n’est pas une grandeur mesurable : ce qui a un sens physique est le carré de son module, ∣ψ(M,t)∣2\abs{\psi(M,t)}^2 étant proportionnel à la probabilité de détecter la particule au voisinage de MM à l’instant tt.

Théorème — expérience d’interférences « particule par particule ». On envoie des particules une par une sur un dispositif de deux fentes. Chaque particule est détectée en un point unique de l’écran, de façon imprévisible ; la répartition des impacts est aléatoire tant que leur nombre est petit ; et lorsque le nombre NN d’impacts augmente, leur densité fait progressivement apparaître la figure d’interférences, qui n’apparaît donc pas « d’un coup » mais comme une loi statistique. Interprétation : l’onde associée interfère avec elle-même et détermine, par ∣ψ∣2\abs{\psi}^2, la probabilité de détection en chaque point. La particule n’a pas suivi « une » trajectoire : poser la question « par quelle fente est-elle passée ? » suppose une information qui, si on la mesure, détruit les interférences.

Figure 1 — Construction progressive d’une figure d’interférences, particule par particule : chaque point est un impact individuel, et la figure est une loi de probabilité.

Remarque — vocabulaire. On ne dit pas « la particule passe par les deux fentes à la fois », ni « l’onde transporte la particule ». On dit : l’amplitude de détection en un point résulte de la superposition des contributions des deux fentes, et son module au carré donne la probabilité de détection. Les mots « trajectoire » et « position à l’instant tt » perdent leur sens entre l’émission et la détection.

5L’inégalité de Heisenberg spatiale

Théorème — inégalité de Heisenberg spatiale. Pour une particule, les dispersions Δx\Delta x de la position et Δp\Delta p de la composante correspondante de l’impulsion vérifient, en ordre de grandeur,  Δp Δx≳ℏ. \boxed{\ \Delta p\,\Delta x\gtrsim\hbar.\ } Ce n’est pas un défaut de l’appareil de mesure : c’est une propriété intrinsèque de la particule. Préparer un état mieux localisé en position, c’est nécessairement élargir la distribution d’impulsion, et réciproquement.

Méthode — établissement par analogie avec la diffraction. L’idée : une onde confinée transversalement par une fente sort de la fente avec une direction mal définie ; cette indétermination de direction est, pour une particule, une indétermination d’impulsion.

(i) Un faisceau de particules d’impulsion pp selon (Oz)(Oz), donc de longueur d’onde λ=h/p\lambda=h/p, traverse une fente de largeur aa perpendiculaire à (Ox)(Ox) : juste après la fente, la position transversale est connue à aa près, soit Δx≈a\Delta x\approx a. (ii) L’optique ondulatoire donne le résultat (admis) : l’onde est diffractée dans un cône de demi-angle θ≈λ/a\theta\approx\lambda/a. (iii) Une particule détectée dans ce cône a donc acquis une composante transversale d’impulsion comprise entre −pθ-p\theta et +pθ+p\theta :

Δp≈p θ≈p λa=ha(en utilisant λ=h/p),\Delta p\approx p\,\theta\approx p\,\frac{\lambda}{a}=\frac{h}{a}\qquad\text{(en utilisant }\lambda=h/p\text{)},

(iv) d’où, en multipliant, Δp Δx≈ha×a=h\Delta p\,\Delta x\approx\dfrac{h}{a}\times a=h, c’est-à-dire, à 2π2\pi près et donc en ordre de grandeur, Δp Δx≳ℏ\Delta p\,\Delta x\gtrsim\hbar. Le produit ne dépend pas de aa : c’est là tout le contenu de l’inégalité.

Figure 2 — Mieux on localise la particule à la traversée (aa petit), plus la diffraction est large (θ\theta grand) : le produit Δp Δx\Delta p\,\Delta x reste de l’ordre de hh.

Méthode — exploiter l’inégalité : énergie de confinement. Une particule de masse mm confinée dans une région de taille dd a Δx≈d\Delta x\approx d, donc Δp≳ℏ/d\Delta p\gtrsim\hbar/d et, comme ⟨p⟩=0\langle p\rangle=0 pour un état lié, une énergie cinétique irréductible Ec≈(Δp)22m≈ℏ22md2\mathcal{E}_c\approx\dfrac{(\Delta p)^2}{2m}\approx\dfrac{\hbar^2}{2md^2} : une particule quantique confinée ne peut pas être au repos. Pour un électron et d=a0=53 pmd=a_0={53\,\mathrm{pm}}, Ec≈13 eV\mathcal{E}_c\approx{13\,\mathrm{eV}} — l’échelle même des énergies atomiques ; pour une bille de 1 g{1\,\mathrm{g}} localisée à 1 µm{1\,\mathrm{\text{µ}m}} près, Δv≳1×10−25 m⋅s−1\Delta v\gtrsim{1\times10^{-25}\,\mathrm{m}{\cdot}\mathrm{s}^{-1}}, totalement inobservable.

6Quantification de l’énergie : le modèle planétaire de Bohr

Propriété — le modèle, et ses deux hypothèses. Bohr (1913) conserve la description classique du mouvement — l’électron (mem_e, −e-e) décrit un cercle de rayon rr à la vitesse vv autour du proton supposé fixe, sous la seule force de Coulomb — et y ajoute deux hypothèses étrangères à la physique classique :

  • (H1) le moment cinétique orbital est quantifié : L=mevr=nℏL=m_evr=n\hbar avec n∈N∗n\in\N^* ;
  • (H2) sur ces orbites, dites stationnaires, l’électron ne rayonne pas ; il n’émet ou n’absorbe un photon qu’en changeant d’orbite, avec hν=∣En2−En1∣h\nu=\abs{\mathcal{E}_{n_2}-\mathcal{E}_{n_1}}.

Théorème — niveaux d’énergie de l’atome d’hydrogène. La deuxième loi de Newton projetée sur le vecteur radial donne mev2r=e24πε0r2m_e\dfrac{v^2}{r}=\dfrac{e^2}{4\pi\varepsilon_0r^2}, soit mev2=e24πε0rm_ev^2=\dfrac{e^2}{4\pi\varepsilon_0r}. En y reportant v=nℏmerv=\dfrac{n\hbar}{m_er} issu de (H1), on obtient n2ℏ2mer2=e24πε0r\dfrac{n^2\hbar^2}{m_er^2}=\dfrac{e^2}{4\pi\varepsilon_0r}, d’où les rayons quantifiés

 rn=n2a0,a0=4πε0ℏ2mee2≈53 pm (rayon de Bohr).\boxed{\ r_n=n^2a_0,\qquad a_0=\frac{4\pi\varepsilon_0\hbar^2}{m_ee^2}\approx{53\,\mathrm{pm}}\ }\quad(\text{rayon de Bohr}).

et, puisque E=12mev2−e24πε0r=e28πε0r−e24πε0r=−e28πε0r\mathcal{E}=\frac12m_ev^2-\dfrac{e^2}{4\pi\varepsilon_0r}=\dfrac{e^2}{8\pi\varepsilon_0r}-\dfrac{e^2}{4\pi\varepsilon_0r}=-\dfrac{e^2}{8\pi\varepsilon_0r}, les niveaux d’énergie

 En=−E0n2,E0=e28πε0a0=ℏ22mea0 2≈13,6 eV. \boxed{\ \mathcal{E}_n=-\frac{\mathcal{E}_0}{n^2},\qquad \mathcal{E}_0=\frac{e^2}{8\pi\varepsilon_0a_0}=\frac{\hbar^2}{2m_ea_0^{\,2}}\approx{13{,}6\,\mathrm{eV}}.\ }

Remarque. (a) Ec=−En\mathcal{E}_c=-\mathcal{E}_n et Ep=2En\mathcal{E}_p=2\mathcal{E}_n (théorème du viriel pour une force en 1/r21/r^2, déjà rencontré au chapitre 15). (b) E0=ℏ2/(2mea0 2)\mathcal{E}_0=\hbar^2/(2m_ea_0^{\,2}) est exactement l’énergie de confinement estimée par l’inégalité de Heisenberg : les deux approches se recoupent.

Propriété — spectre de l’atome d’hydrogène. L’énergie d’ionisation depuis le fondamental est E0=13,6 eV\mathcal{E}_0={13{,}6\,\mathrm{eV}} (λ⩽91,4 nm\lambda\leq{91{,}4\,\mathrm{nm}}), et la transition n2→n1n_2\to n_1 (n1<n2n_1<n_2) émet un photon tel que hcλ=E0(1n1 2−1n2 2)\dfrac{hc}{\lambda}=\mathcal{E}_0\left(\dfrac{1}{n_1^{\,2}}-\dfrac{1}{n_2^{\,2}}\right). Les transitions vers n1=1n_1=1 forment la série de Lyman (ultraviolet, de 122 {122\,} à 91,4 nm{91{,}4\,\mathrm{nm}}), celles vers n1=2n_1=2 la série de Balmer, les seules dans le visible (658 {658\,}, 488 {488\,}, 435 nm{435\,\mathrm{nm}}… jusqu’à 366 nm{366\,\mathrm{nm}}).

Figure 3 — Niveaux d’énergie de l’atome d’hydrogène (échelle verticale non linéaire) et deux séries spectrales.

Propriété — limites du modèle de Bohr. Le modèle prédit correctement E0\mathcal{E}_0, a0a_0 et les longueurs d’onde des raies de l’hydrogène. Il est néanmoins faux dans son principe :

  • ses deux hypothèses sont ad hoc : rien ne justifie (H1), et (H2) contredit l’électromagnétisme classique ;
  • il conserve la notion de trajectoire et d’orbite, incompatible avec l’inégalité de Heisenberg (Δx Δp≈ℏ\Delta x\,\Delta p\approx\hbar interdit de connaître à la fois rr et vv), et prévoit L=ℏ≠0L=\hbar\neq 0 dans l’état fondamental alors que la mesure donne L=0L=0 ;
  • il échoue dès l’hélium et pour tous les atomes à plusieurs électrons, ne dit rien de l’intensité des raies, et n’explique ni la structure fine ni l’effet d’un champ magnétique.

Le modèle de Bohr est un modèle de transition : il montre qu’une hypothèse de quantification suffit à rendre compte du spectre, sans fournir la théorie correcte.

7Savoir-faire du chapitre

Savoir-faire
  • Calculer l’énergie et l’impulsion d’un photon ; convertir eV ↔\leftrightarrow J ; utiliser hc≈1 240 eV⋅nmhc\approx{1\,240\,\mathrm{eV}{\cdot}\mathrm{nm}}.
  • Décrire une expérience établissant la nécessité de la notion de photon (photoélectrique, anticoïncidences) et une expérience établissant le comportement ondulatoire de la matière (diffraction d’électrons, interférences de neutrons ou de molécules), en disant précisément ce qui y est inexplicable classiquement.
  • Calculer une longueur d’onde de de Broglie et la comparer à une dimension caractéristique pour conclure sur le caractère quantique ou classique d’une situation ; interpréter une expérience d’interférences particule par particule en termes probabilistes.
  • Établir Δp Δx≳ℏ\Delta p\,\Delta x\gtrsim\hbar par analogie avec la diffraction, et l’exploiter pour estimer une énergie de confinement.
  • Exploiter L=nℏL=n\hbar et la deuxième loi de Newton pour obtenir rn=n2a0r_n=n^2a_0 et En=−E0/n2\mathcal{E}_n=-\mathcal{E}_0/n^2 ; exploiter un diagramme de niveaux (ionisation, longueurs d’onde émises ou absorbées, séries spectrales) ; citer et justifier les limites du modèle de Bohr.
FormulaireLes relations et valeurs à connaître par cœur
  • Photon : E=hν=hcλ\mathcal{E}=h\nu=\dfrac{hc}{\lambda}, p=Ec=hλp=\dfrac{\mathcal{E}}{c}=\dfrac{h}{\lambda}, masse nulle ; photoélectrique : Ec,max⁡=hν−W\mathcal{E}_{c,\max}=h\nu-W, λs=hc/W\lambda_s=hc/W.
  • De Broglie : λ=hp\lambda=\dfrac{h}{p}, électron sous UU volts λ (nm)≈1,23U\lambda\,(\text{nm})\approx\dfrac{1{,}23}{\sqrt{U}} ; Heisenberg : Δp Δx≳ℏ\Delta p\,\Delta x\gtrsim\hbar, Ec≈ℏ22md2\mathcal{E}_c\approx\dfrac{\hbar^2}{2md^2}.
  • Bohr : L=nℏL=n\hbar ; rn=n2a0r_n=n^2a_0 avec a0=4πε0ℏ2mee2≈53 pma_0=\dfrac{4\pi\varepsilon_0\hbar^2}{m_ee^2}\approx{53\,\mathrm{pm}} ; En=−E0n2\mathcal{E}_n=-\dfrac{\mathcal{E}_0}{n^2} avec E0≈13,6 eV\mathcal{E}_0\approx{13{,}6\,\mathrm{eV}} ; transition hcλ=E0(1n1 2−1n2 2)\dfrac{hc}{\lambda}=\mathcal{E}_0\left(\dfrac{1}{n_1^{\,2}}-\dfrac{1}{n_2^{\,2}}\right) ; ionisation λ=91,4 nm\lambda={91{,}4\,\mathrm{nm}}.
  • Constantes : h=6,63×10−34 J⋅sh={6{,}63\times10^{-34}\,\mathrm{J}{\cdot}\mathrm{s}} ; ℏ=1,05×10−34 J⋅s\hbar={1{,}05\times10^{-34}\,\mathrm{J}{\cdot}\mathrm{s}} ; c=3,00×108 m⋅s−1c={3{,}00\times10^{8}\,\mathrm{m}{\cdot}\mathrm{s}^{-1}} ; me=9,11×10−31 kgm_e={9{,}11\times10^{-31}\,\mathrm{kg}} ; e=1,60×10−19 Ce={1{,}60\times10^{-19}\,\mathrm{C}} ; 1 eV=1,60×10−19 J{1\,\mathrm{eV}}={1{,}60\times10^{-19}\,\mathrm{J}} ; kBT=26 meVk_BT={26\,\mathrm{meV}} à 300 K{300\,\mathrm{K}}.
Pièges
  • Écrire p=mcp=mc ou E=mc2\mathcal{E}=mc^2 pour un photon : sa masse est nulle, on utilise p=E/c=h/λp=\mathcal{E}/c=h/\lambda.
  • Confondre hh et ℏ\hbar : le facteur 2π2\pi est l’erreur la plus fréquente du chapitre. λ=h/p\lambda=h/p ; L=nℏL=n\hbar ; Heisenberg avec ℏ\hbar.
  • Écrire l’inégalité sous la forme Δx Δp⩾ℏ/2\Delta x\,\Delta p\geq\hbar/2 (on demande Δp Δx≳ℏ\Delta p\,\Delta x\gtrsim\hbar, en ordre de grandeur), ou l’interpréter comme une imprécision des instruments : c’est une propriété intrinsèque de l’état de la particule.
  • Parler de la trajectoire d’une particule entre les fentes et l’écran, ou dire que l’onde « transporte » la particule ; oublier de convertir les eV en joules avant d’utiliser Ec=p2/(2m)\mathcal{E}_c=p^2/(2m) ; appliquer λ=h/2meU\lambda=h/\sqrt{2meU} quand Ec\mathcal{E}_c n’est pas petite devant mec2=511 keVm_ec^2={511\,\mathrm{keV}}.
  • Oublier le signe moins de En\mathcal{E}_n, croire que En\mathcal{E}_n croît en n2n^2 (ce sont les rayons), calculer une transition avec E0/n2\mathcal{E}_0/n^2 au lieu de la différence des niveaux, oublier de discuter les limites du modèle de Bohr.
  • Invoquer l’équation de Schrödinger, un puits de potentiel, une particule dans une boîte, l’effet tunnel : hors programme.

Exercices, contrôles et sujets

Les énoncés sont en accès libre, à télécharger en PDF.

1

Exercices de base

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Les bases : photon, de Broglie, interprétation probabiliste, Heisenberg, modèle de Bohr

12 exercicesniveau Difficulté 1 sur 3 à Difficulté 2 sur 3durée conseillée : 2 hcalculatrice autorisée

  1. Énergie et impulsion d’un photonDifficulté 1 sur 3
  2. Compter des photonsDifficulté 1 sur 3
  3. Effet photoélectriqueDifficulté 1 sur 3
  4. Longueurs d’onde de de BroglieDifficulté 1 sur 3
  5. Le critère quantique à l’œuvreDifficulté 2 sur 3
  6. Diffraction d’électrons par un cristalDifficulté 2 sur 3
  7. Interférences, électron par électronDifficulté 1 sur 3
  8. Établir l’inégalité de Heisenberg spatialeDifficulté 2 sur 3
  9. Heisenberg : du macroscopique au nucléaireDifficulté 2 sur 3
  10. Le modèle de Bohr de l’atome d’hydrogèneDifficulté 2 sur 3
  11. Niveaux d’énergie de l’atome d’hydrogèneDifficulté 1 sur 3
  12. Les séries spectrales de l’hydrogèneDifficulté 2 sur 3
2

Exercices d'application

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Applications : expériences fondatrices, ordres de grandeur, exploitation de documents

9 exercicesniveau Difficulté 2 sur 3durée conseillée : 3 hcalculatrice autorisée

  1. La mesure de hh par MillikanDifficulté 2 sur 3
  2. Le microscope électroniqueDifficulté 2 sur 3
  3. Interférences d’électrons par deux fentesDifficulté 2 sur 3
  4. Des molécules qui interfèrentDifficulté 2 sur 3
  5. Le recul d’un atome et le refroidissement laserDifficulté 2 sur 3
  6. Heisenberg prédit l’atome d’hydrogèneDifficulté 2 sur 3
  7. Le photon est-il insécable ? (analyse de documents)Difficulté 2 sur 3
  8. Mesurer E0\mathcal{E}_0 sur le spectre de l’hydrogèneDifficulté 2 sur 3
  9. Bohr et la physique classique : le principe de correspondanceDifficulté 2 sur 3
3

Interrogation A

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Photon, onde de matière, inégalité de Heisenberg, modèle de Bohr

Durée : 1 hcalculatrice autorisée3 exercices indépendantsbarème sur 20

  1. Questions de cours6 ptsDifficulté 1 sur 3
  2. Diffraction d’électrons et de neutrons7 ptsDifficulté 2 sur 3
  3. Le modèle de Bohr et le spectre de l’hydrogène7 ptsDifficulté 2 sur 3
4

Interrogation B

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Fonction d’onde, effet photoélectrique, quantification et atomes de Rydberg

Durée : 1 hcalculatrice autorisée3 exercices indépendantsbarème sur 20

  1. Questions de cours6 ptsDifficulté 2 sur 3
  2. D’un photon absorbé à un électron qui ondule7 ptsDifficulté 2 sur 3
  3. Les atomes de Rydberg7 ptsDifficulté 3 sur 3
5

Approfondissement

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Sept problèmes pour aller au bout de l’introduction à la physique quantique

7 exercicesniveau Difficulté 3 sur 3durée conseillée : 4 hcalculatrice autorisée

  1. Mesurer hh avec des diodes électroluminescentesDifficulté 3 sur 3
  2. La voile solaireDifficulté 3 sur 3
  3. L’expérience de Franck et HertzDifficulté 3 sur 3
  4. Procès du modèle de BohrDifficulté 3 sur 3
  5. Ions hydrogénoïdes et série de PickeringDifficulté 3 sur 3
  6. La quantification par confinement (hors programme)Difficulté 3 sur 3
  7. L’effet tunnel (hors programme)Difficulté 3 sur 3
6

DS type concours

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L’atome d’hydrogène, du grain de lumière au modèle quantique

Durée : 3 h 30calculatrice autorisée3 parties25 questionsbarème indicatif sur 20

7

Planche de colle

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Une question de cours et quatre exercices d’oral

1 question de cours4 exercicesniveau Difficulté 1 sur 3 à Difficulté 3 sur 3environ 20 min{20\,\mathrm{min}} par exercice

  1. Question de coursDifficulté 1 sur 3
  2. Ordres de grandeur quantiquesDifficulté 1 sur 3
  3. Une cellule photoélectriqueDifficulté 2 sur 3
  4. Interférences avec des électronsDifficulté 2 sur 3
  5. La taille de l’atome d’hydrogène sans le modèle de BohrDifficulté 3 sur 3

Prépa · Physique-chimie : les 26 chapitres

  1. Mesures et incertitudes
  2. Optique géométrique
  3. Circuits dans l’ARQS
  4. Circuits du premier ordre
  5. Oscillateurs libres et forcés
  6. Filtrage linéaire
  7. Propagation et interférences
  8. Cinématique du point
  9. Lois de Newton
  10. Énergétique du point
  11. Particules chargées
  12. Transformations de la matière
  13. Cinétique chimique
  14. Structure des entités chimiques
  15. Moment cinétique et forces centrales
  16. Mouvement d’un solide
  17. Système thermodynamique
  18. Premier principe
  19. Deuxième principe
  20. Machines thermiques
  21. Champ magnétique et forces de Laplace
  22. Induction
  23. Physique quantique
  24. Solides cristallins
  25. Acide-base et précipitation
  26. Oxydo-réduction et diagrammes E-pH