Exercice 1 sur 7
Vrai ou fauxEn augmentant suffisamment l’intensité d’une lumière rouge, on finit toujours par extraire des électrons d’un métal.
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Exercices : flux de photons et effet photoélectrique
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Flux de photons et effet photoélectrique — S’entraîner
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Prénom : ……………………………Date : ……………………Score : ……… / 7
Exercice 1 — Coche « Vrai » ou « Faux ».
En augmentant suffisamment l’intensité d’une lumière rouge, on finit toujours par extraire des électrons d’un métal.
VraiFaux
Exercice 2
Un métal a un travail d’extraction de 2,3 eV. Il est éclairé par des photons de 3,1 eV. Quelle est l’énergie cinétique maximale des électrons émis, en eV ?
Écris tes calculs :
Réponse : ……………… eV
Exercice 3
Le travail d’extraction du césium vaut environ 2,1 eV. Calcule la longueur d’onde seuil en nm (h = 6,63 × 10−34 J·s ; c = 3,00 × 108 m·s−1 ; 1 eV = 1,60 × 10−19 J). Arrondis à la dizaine.
Écris tes calculs :
Réponse : ……………… nm
Exercice 4 — Coche la bonne réponse.
Le zinc a un travail d’extraction d’environ 4,3 eV. Quelle radiation peut provoquer l’effet photoélectrique ? (énergie d’un photon : E(eV) ≈ )
- Infrarouge, λ = 1 000 nm
- Rouge, λ = 650 nm
- Bleue, λ = 450 nm
- Ultraviolet, λ = 200 nm
Exercice 5
Un laser de longueur d’onde 633 nm émet une puissance de 1,0 mW. Combien de photons émet-il par seconde ? (h = 6,63 × 10−34 J·s ; c = 3,00 × 108 m·s−1). Donne la réponse sous la forme a × 1015 : saisis a (arrondi au dixième).
Écris tes calculs :
Réponse : ……………… × 10¹⁵ photons·s⁻¹
Exercice 6
Un panneau photovoltaïque de 1,6 m2 reçoit un éclairement de 1 000 W·m−2 et fournit une puissance électrique de 320 W. Quel est son rendement, en % ?
Écris tes calculs :
Réponse : ……………… %
Exercice 7
Explique pourquoi l’existence d’une fréquence seuil dans l’effet photoélectrique ne peut pas s’interpréter avec le seul modèle ondulatoire, et comment le modèle du photon l’explique.
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Flux de photons et effet photoélectrique — S’entraîner
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Exercice 1
Réponse : Faux
Si l’énergie d’un photon rouge est inférieure au travail d’extraction, aucun électron n’est émis, quelle que soit l’intensité : plus de photons ne signifie pas des photons plus énergétiques.
Exercice 2
Réponse : 0,8 eV
On applique le bilan énergétique hν = W + Ec,max.
- Ec,max = 3,1 − 2,3 = 0,8 eV
Exercice 3
Réponse : 590 nm
λ0 = , avec W en joules.
- W = 2,1 × 1,60 × 10−19 = 3,36 × 10−19 J
- λ0 = ≈ 5,92 × 10−7 m
- λ0 ≈ 590 nm
Exercice 4
Réponse : Ultraviolet, λ = 200 nm
Seul le photon UV de 200 nm a une énergie (≈ 6,2 eV) supérieure à 4,3 eV. Le photon bleu n’a qu’environ 2,8 eV.
Exercice 5
Réponse : 3,2 × 10¹⁵ photons·s⁻¹
N = .
- E = ≈ 3,14 × 10−19 J
- N = ≈ 3,2 × 1015 photons par seconde
Exercice 6
Réponse : 20 %
η = .
- Plum = 1 000 × 1,6 = 1 600 W
- η = = 0,20 = 20 %
Exercice 7
Exemple de réponse : Dans le modèle ondulatoire, l’énergie apportée dépend de l’intensité de l’onde : une lumière intense de n’importe quelle fréquence devrait finir par arracher des électrons, ce qui n’est pas observé.
Dans le modèle particulaire, l’énergie arrive par paquets (photons) d’énergie hν, et chaque électron absorbe un seul photon. L’électron n’est arraché que si hν ≥ W, soit ν ≥ ν0 = : la fréquence seuil apparaît naturellement. L’intensité ne fait que changer le nombre de photons, donc le nombre d’électrons.C’est cette interprétation qui a valu à Einstein le prix Nobel de physique de 1921.
- Limite du modèle ondulatoire.
- Un photon pour un électron.
- Condition hν ≥ W.
Exercices corrigés : 0 / 7
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Exercice 2 sur 7
CalculUn métal a un travail d’extraction de 2,3 eV. Il est éclairé par des photons de 3,1 eV. Quelle est l’énergie cinétique maximale des électrons émis, en eV ?
Aide d’ULU pour cet exerciceExercice 3 sur 7
CalculLe travail d’extraction du césium vaut environ 2,1 eV. Calcule la longueur d’onde seuil en nm (h = 6,63 × 10−34 J·s ; c = 3,00 × 108 m·s−1 ; 1 eV = 1,60 × 10−19 J). Arrondis à la dizaine.
Aide d’ULU pour cet exerciceExercice 4 sur 7
QCMLe zinc a un travail d’extraction d’environ 4,3 eV. Quelle radiation peut provoquer l’effet photoélectrique ? (énergie d’un photon : E(eV) ≈ )
Aide d’ULU pour cet exerciceExercice 5 sur 7
CalculUn laser de longueur d’onde 633 nm émet une puissance de 1,0 mW. Combien de photons émet-il par seconde ? (h = 6,63 × 10−34 J·s ; c = 3,00 × 108 m·s−1). Donne la réponse sous la forme a × 1015 : saisis a (arrondi au dixième).
Aide d’ULU pour cet exerciceExercice 6 sur 7
CalculUn panneau photovoltaïque de 1,6 m2 reçoit un éclairement de 1 000 W·m−2 et fournit une puissance électrique de 320 W. Quel est son rendement, en % ?
Aide d’ULU pour cet exerciceExercice 7 sur 7
Question ouverteExplique pourquoi l’existence d’une fréquence seuil dans l’effet photoélectrique ne peut pas s’interpréter avec le seul modèle ondulatoire, et comment le modèle du photon l’explique.
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