PEGASUS · UNIGE — Physique générale A · semestre 1

Ch20 — Photons et atomes : effet photoélectrique, quantum d'énergie, dualité onde-particule, modèle de Bohr, de Broglie, mécanique quantique, LASER et lasers en médecine

⭐⭐ E = hf = hc/λ · ⭐⭐ le flux Φ = P/(hf) — trois annales sur quatre · les trois observations de l'effet photoélectrique · Ec = hf − Φ (au formulaire, jamais sur la diapo) · la dualité, deux aspects d'une seule entité · spectres discrets · les trois hypothèses de Bohr · hf = E_i − E_f · Balmer 656/486/434/410 nm · L = n h/2π · rₙ = n²r₁ (r₁ = 0,0529 nm) · ⭐⭐ Eₙ = −13,6 eV/n² · λ = h/(mv) · 2πrₙ = nλ · ψ² = probabilité · émission stimulée et inversion de population · 💊 coagulation 50 °C, vaporisation 100 °C, absorption sélective, hématoporphyrine 630 nm — séance 20 — C. Senatore · Kane 26-27 · Hecht 29-30

📊 Diapos : 29/29 mappées (20_Photons et Atomes.pdf — 29 pages pour les libellés « 20 - 1 » à « 20 - 28 » PUIS « 20 - 30 », le libellé 20-29 n'existe pas ; d.1-3 = résumés du Ch19 ; d.12 = ANIMATION au rendu entièrement noir ; d.30 = prochaine séance) 🎙️ Oral : séance 20 en entier, en français, + l'ouverture de la séance 21 (auto-traduite en anglais) qui annonce le Ch21 (règle du débordement) 📝 Série 18 : 10/10 ✓ officiel + Python (corrigé texte, dont Q9 l'électron accéléré et Q10 le proton, exercices d'approfondissement « dans le champ de l'examen ») 📜 Annales : 4 questions (SFO 2021 Q34 · SFO 2022-23 Q8 · SFO 2023-24 Q13 · SFO 2024-25 Q18) — TROIS d'entre elles sont le MÊME rapport N = E_tot/E_photon, pris dans les trois sens ; 3 notes Ch20 retrouvées dans le deck d'annales existant 📐 Formulaire : il donne E = hf, Ec = hf − Φ (alors que la diapo ne l'écrit JAMAIS), λ = h/(mv), Lₙ = n h/2π, rₙ = n²r₁/Z, Eₙ = −Z²E₁/n² — mais AUCUNE constante numérique : ni h, ni c, ni mₑ, ni e
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🐎 PEGASUS

🎯 Renseignements d'examen captés

Notions (10) → micro-notions (30)

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N1 · Identité du chapitre, rappels Ch19 et 🎯 CE QUE LE FORMULAIRE NE DONNE PAS

d.1-4
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Identité : 29 pages, un libellé manquant, une animation

~6 min
📊 DIAPOS d.1-4
Photons et atomes · prof. C. Senatore · séance 20. Références de la d.4 : Kane chapitres 26-27 et Hecht chapitres 29-30. ⚠️ ÉCART ① : le PDF compte 29 pages mais les libellés vont de « 20 - 1 » à « 20 - 28 » PUIS « 20 - 30 » — le libellé 20-29 n'existe pas. La 29ᵉ page (le calendrier de la prochaine séance) porte donc le numéro officiel d.30. Les d.1 à d.3 sont les RÉSUMÉS du Ch19 (les deux équations · les trois rayons et le grandissement · l'œil humain) : la matière neuve commence à la d.5. La d.12 est une ANIMATION dont le rendu PDF est un cadre entièrement noir (ÉCART ⑫).
🎙️ ORAL (séance 20, ouverture)
en substance : Aujourd'hui, vous allez recevoir un goûter de physique moderne. […] Ce que je vais vous raconter, c'est du chapitre 26 et 27 du Kane, ou 29 et 30 du Hecht.
⚠️ PIÈGE
Croire que « physique moderne » veut dire « hors programme » ou « culture générale ». Le chapitre pèse quatre annales sur les cinq années dépouillées — plus que le Ch19 (trois) — et il est celui dont le calcul-type revient le plus souvent : le nombre de photons.
📝 TOMBE EN QCM
Le chapitre porte 4 annales — SFO 2021 Q34 (trois longueurs d'onde d'un laser) · SFO 2022-23 Q8 (photons/s pour 1,34 kW à 550 nm) · SFO 2023-24 Q13 (λ pour 10⁻³ J en 9,72·10¹⁴ photons) · SFO 2024-25 Q18 (puissance d'un laser à 1,17 eV). TROIS DES QUATRE sont le même calcul, pris dans les trois sens : P → N, N → λ, N → P.
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Les rappels du Ch19 en trois diapos — pourquoi ils sont là

~5 min
📊 DIAPOS d.1-3
d.1 : les deux équations — lunetiers 1/f = (n−1)(1/R₁ − 1/R₂) et conjugaison 1/s₀ + 1/sᵢ = 1/f ; biconvexe ⇒ f > 0 (convergente), biconcave ⇒ f < 0 (divergente). d.2 : les trois rayons et G_T = yᵢ/y₀ = −sᵢ/s₀. d.3 : l'œil — sᵢ est FIXE, seule la focale du cristallin s'adapte ; hypermétropie = image derrière, myopie = image devant ; correction par 1/f = 1/f₁ + 1/f₂, c'est-à-dire D = D₁ + D₂.
🎙️ ORAL (séance 20, ouverture)
en substance : Pour faire tout ce qu'on a à faire, on a utilisé juste deux équations : l'équation des lunetiers et l'équation de conjugaison.
⚠️ PIÈGE
Passer ces trois diapos. La d.26 du Ch20 (traitement de la myopie au laser) est un PONT DIRECT avec le Ch19 : « on arrive à changer le rayon de courbure de la cornée et donc à ajuster la focale de l'œil » — c'est l'équation des lunetiers appliquée au vivant. Le chapitre 20 se termine là où le 19 commençait.
📝 TOMBE EN QCM
Aucune annale ne mélange les deux chapitres, mais le pont Ch19 ↔ Ch20 (cornée, focale, rayon de courbure) est le pont médical le plus probable d'un K′ transversal.
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🎯 RENSEIGNEMENT D'EXAMEN : ce que le formulaire donne — et les DEUX choses qu'il ne donne pas

~11 min
📊 DIAPOS d.5-28 + Formulaire_PGA
LE BLOC « PHYSIQUE MODERNE » DU FORMULAIRE DONNE : E = hf · Ec = hf − Φ (équation d'Einstein) · λ = h/(mv) (de Broglie) · Lₙ = n h/2π · rₙ = n²r₁/Z avec r₁ = h²ε₀/(π mₑ e²) · Eₙ = −Z²E₁/n². ⚠️ ÉCART ⑩ : Ec = hf − Φ est AU FORMULAIRE alors que la diapo ne l'écrit JAMAIS — elle décrit le mécanisme en mots (d.6). C'est un renseignement d'examen : la formule sera fournie, mais il faut savoir la LIRE. ⚠️ ÉCART ⑪ : le formulaire ne donne AUCUNE CONSTANTE NUMÉRIQUE — ni h, ni c, ni mₑ, ni e. À connaître : h = 6,626·10⁻³⁴ J/Hz = 4,1357·10⁻¹⁵ eV/Hz · c = 3,00·10⁸ m/s · mₑ = 9,11·10⁻³¹ kg · e = 1,602·10⁻¹⁹ C · m_p = 1,67·10⁻²⁷ kg.
🎙️ ORAL (séance 20)
« Et h est la constante de Planck. Et voici la valeur de la constante de Planck en joules sur hertz ou électronvolts sur hertz, SELON LES DONNÉES DU PROBLÈME. » — le prof donne lui-même les deux écritures : c'est le signe qu'elles sont exigibles.
⚠️ PIÈGE
Réviser en apprenant des formules qui sont données, et arriver à l'examen sans les constantes. TROIS annales sur quatre exigent h en J/Hz ; l'annale 2024-25 Q18 exige e = 1,602·10⁻¹⁹ — et c'est exactement là que le retranscrit se trompe (ÉCART ⑧, il utilise 1,16·10⁻¹⁹). La conversion eV ↔ J est LE point de bascule du chapitre.
📝 TOMBE EN QCM
Toutes les annales du chapitre exigent au moins une constante non fournie : 2022-23 Q8 (h et c), 2023-24 Q13 (h et c), 2024-25 Q18 (e), 2021 Q34 (aucune, mais le raisonnement E ∝ 1/λ). Série 18 Q5 exige mₑ, Q9 exige mₑ et e, Q10 exige m_p et e.
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N2 · ⭐⭐ L'EFFET PHOTOÉLECTRIQUE, les trois observations impossibles, et E = hf

d.5-6
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Le fait expérimental — et pourquoi l'onde ne peut PAS l'expliquer

~8 min
📊 DIAPOS d.5
« En 1857, Heinrich Hertz découvre l'effet photoélectrique, c'est-à-dire l'émission d'électrons par un métal illuminé. » ⚠️ ÉCART ② : 1857 est l'année de NAISSANCE de Hertz ; la découverte date de 1887. On garde le chiffre de la diapo (il fait foi pour l'examen) et on signale. « Le concept classique de la lumière, où l'énergie est uniformément distribuée sur la surface illuminée, ne permettait pas de comprendre l'effet photoélectrique. » Le montage : plaque métallique, électrons libérés, collecteur, ampèremètre.
🎙️ ORAL (séance 20)
« L'effet photoélectrique veut dire que si on va illuminer une surface métallique, sous certaines conditions, cette surface métallique va émettre des électrons. […] en réalité, le concept [classique] […] »
⚠️ PIÈGE
Réciter la date sans la comprendre. Ce qui compte n'est pas 1857 (ni 1887) mais LE MOT « uniformément » : si l'énergie est étalée sur toute la surface, un électron doit ATTENDRE d'en accumuler assez — donc, avec une lumière faible, on devrait observer un retard, et à toute fréquence. Rien de tel n'est observé.
📝 TOMBE EN QCM
Série 18 Q1 tout entière, et la Q2 D (« les photons ne peuvent pas être comptés » ⇒ FAUX : « on peut détecter des photons individuels sur un détecteur »).
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⭐⭐ LES TROIS OBSERVATIONS — la diapo à réciter mot pour mot

~12 min
📊 DIAPOS d.5
① « Il existe pour chaque matériau une FRÉQUENCE CARACTÉRISTIQUE f_seuil : en dessous de laquelle on ne mesure PAS de courant photoélectrique. » ② « La vitesse d'éjection des électrons NE DÉPEND PAS de l'intensité du faisceau. » ③ « La vitesse d'éjection ne dépend QUE de la fréquence du rayonnement : si la fréquence augmente, alors la vitesse d'éjection augmente aussi. » Corollaire (d.6) : « augmenter le flux de photons (c'est-à-dire l'intensité) n'aura AUCUN effet sur l'émission d'électrons » si hf est insuffisant — et, si hf suffit, l'intensité ne change que le NOMBRE d'électrons.
🎙️ ORAL (séance 20)
« Si la fréquence de notre onde électromagnétique était inférieure à une certaine fréquence de seuil qui dépend du type de métal qu'on est en train d'illuminer avec l'onde électromagnétique, le nombre d'électrons émis reste zéro, même si on augmente à fond l'intensité de la lumière »
⚠️ PIÈGE
LA CONFUSION INTENSITÉ ↔ FRÉQUENCE EST LE PIÈGE N°1 DU CHAPITRE. Table de vérité à connaître : doubler l'INTENSITÉ ⇒ double le NOMBRE d'électrons, pas leur énergie · doubler la FRÉQUENCE ⇒ augmente l'ÉNERGIE de chacun, pas leur nombre (et pas d'un facteur 2 : Ec = hf − Φ n'est pas proportionnelle à f ✓ Python) · diviser la fréquence par deux ⇒ on peut passer sous f_seuil et n'avoir PLUS RIEN.
📝 TOMBE EN QCM
Série 18 Q1 : les cinq options sont construites une par une sur cette table. La clé est B (doubler l'intensité double le nombre d'électrons), et le distracteur D exploite précisément le fait que l'énoncé précise « on ne connaît pas le travail d'extraction » — sans lui, on ne peut pas savoir si hf/2 reste au-dessus du seuil.
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⭐⭐ E = hf = hc/λ, le travail d'extraction Φ, et « un photon ⇒ un électron »

~12 min
📊 DIAPOS d.6
« Dans sa tentative d'expliquer l'effet photoélectrique, en 1905 Einstein émit l'hypothèse que l'énergie transportée par le rayonnement électromagnétique n'est PAS distribuée d'une façon continue (aspect ondulatoire), mais concentrée en certains points qui se déplacent avec elle (aspect corpusculaire) : la lumière est constituée d'un flux de particules énergétiques SANS MASSE, les photons. » E = h f = h c / λ AU FORMULAIRE. « Chaque photon dépose un quantum d'énergie hf lors de son impact avec la matière. Si hf est suffisant, UN SEUL photon est en mesure d'éjecter un électron. L'électron utilise une partie de cette énergie pour s'arracher du métal (travail d'extraction Φ = h·f_seuil) et emporte le reste sous forme d'énergie cinétique » ⇒ E_c = h f − Φ (au formulaire, jamais écrit sur la diapo — ÉCART ⑩).
🎙️ ORAL (séance 20)
« Si vous y pensez aussi, le paiement en cash est quantisé. Si vous voulez payer en cash […] la grandeur quantisée est la pièce de monnaie la plus petite, donc 5 centimes. » — l'analogie que le prof file pendant toute la séance.
⚠️ PIÈGE
Deux pièges symétriques. ① Φ dépend du MATÉRIAU, pas de la lumière — « les électrons émis auraient la même énergie cinétique même si un autre métal était utilisé » est FAUX (série 18 Q1E). ② « un photon ⇒ un électron » : c'est ce rapport 1:1 qui rend la réponse B de la Q1 vraie. Et Φ = h·f_seuil : le travail d'extraction et la fréquence seuil sont LA MÊME information, exprimée en joules ou en hertz.
📝 TOMBE EN QCM
Série 18 Q1 (les cinq options) et Q2 A (« les photons ont une masse de 10⁻³² g » ⇒ FAUX, masse NULLE). Le calcul E = hc/λ est ensuite dans Q6, Q7, Q8 et dans les quatre annales.
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N3 · ⭐⭐ L'exemple du laser hélium-néon : Φ = P/(hf), LE calcul du chapitre

d.7-8
0/3
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L'énoncé et l'énergie d'un photon : 3,14·10⁻¹⁹ J = 1,96 eV

~8 min
📊 DIAPOS d.7
« Un laser à hélium-néon émet un faisceau de lumière rouge formé par une bande très étroite de fréquences centrée sur 4,74·10¹⁴ Hz. (a) Déterminez l'énergie d'un photon à cette fréquence. (b) Déterminez le flux de photons (nombre de photons tombant sur une surface plane et perpendiculaire par seconde) pour un faisceau d'une puissance de 1,0 mW. (c) Déterminez la densité de ce flux pour un faisceau de 3,14·10⁻⁶ m² de section. »
SOLUTION (a) : E = hf = (6,626·10⁻³⁴ J/Hz)(4,74·10¹⁴ Hz) = 3,14·10⁻¹⁹ J ✓ Python · = (4,1357·10⁻¹⁵ eV/Hz)(4,74·10¹⁴ Hz) = 1,96 eV ✓ Python. Et λ = c/f = 633 nm, un rouge (non écrit sur la diapo).
🎙️ ORAL (séance 20)
« Grosso modo 2 électrons-volts. » ⚠️ ÉCART ③ : la transcription écrit ensuite « chacun qui transporte une énergie de 2,96 électrons volts » — coquille : la diapo et le calcul donnent 1,96 eV.
⚠️ PIÈGE
Ne mémoriser que la version en joules. La conversion J ↔ eV est le point de bascule de l'annale 2024-25 Q18, et le prof donne exprès les deux valeurs de h. Retenir aussi l'ordre de grandeur : un photon visible vaut ≈ 2 eV — c'est le repère qui permet de rejeter une option absurde en une seconde.
📝 TOMBE EN QCM
Annale SFO 2024-25 Q18 (1,17 eV → joules → puissance) et série 18 Q3B (10,2 eV entre n = 2 et n = 1). L'ordre de grandeur « quelques eV » sert de contrôle dans les deux.
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⭐⭐ Φ = P/(hf) = 3,2·10¹⁵ photons/s — et la densité 1,0·10²¹ /s/m²

~12 min
📊 DIAPOS d.8
(b) « La puissance (= énergie par unité de temps) est connue. En la divisant par l'énergie de chaque photon, on obtient le flux de photons » : Φ_photons = P/(hf) = (1,0·10⁻³ W)/(3,14·10⁻¹⁹ J) = 3,2·10¹⁵ photons/s ✓ Python. (c) « La densité de ce flux est simplement le flux par unité de surface » : Φ/A = (3,2·10¹⁵ /s)/(3,14·10⁻⁶ m²) = 1,0·10²¹ photons·s⁻¹·m⁻² ✓ Python.
🎙️ ORAL (séance 20)
« Sachant que chaque photon a une énergie de [3,14·10⁻¹⁹] joules, on peut calculer le nombre de photons émis dans l'unité de temps par notre laser. Ce sera juste la puissance divisée par l'énergie d'un photon »
⚠️ PIÈGE
C'EST LE RÉFLEXE DU CHAPITRE, et il tombe à chaque annale : NOMBRE DE PHOTONS = ÉNERGIE TOTALE / ÉNERGIE D'UN PHOTON, avec E_photon = hc/λ. Trois erreurs coûtent chacune plusieurs ordres de grandeur : ① oublier de convertir λ en mètres · ② diviser par la puissance au lieu de l'énergie totale (on oublie Δt) · ③ oublier de diviser par le NOMBRE quand on remonte à λ — l'erreur exacte que punit l'annale 2023-24 Q13 (options à 10⁻⁴⁰ m).
📝 TOMBE EN QCM
TROIS DES QUATRE ANNALES DU CHAPITRE SONT CE SEUL RAPPORT, lu dans les trois sens : 2022-23 Q8 (P et λ ⇒ N = 3,7·10²¹ /s) · 2023-24 Q13 (E_tot et N ⇒ λ = 193 nm) · 2024-25 Q18 (N et E ⇒ P = 2,62 W). Plus série 18 Q7 (P, Δt et λ ⇒ N = 1,3·10¹⁷).
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Pourquoi on ne « voit » jamais les photons : les ordres de grandeur

~5 min
📊 DIAPOS d.7-8
Un laser d'un milliwatt — la puissance d'un pointeur — envoie 3,2·10¹⁵ photons par seconde, soit trois millions de milliards. Sur 3,14 mm² de section, cela fait 10²¹ photons par seconde et par mètre carré. ✓ Python.
🎙️ ORAL (séance 20)
« Une onde électromagnétique ne peut pas transférer n'importe quelle valeur d'énergie, mais peut transférer de l'énergie seulement en multiples entiers de hf. »
⚠️ PIÈGE
En déduire que les photons ne sont pas comptables. C'est exactement le contraire : « un détecteur suffisamment sensible peut compter combien de quanta d'énergie sont absorbés » (corrigé de la Q2). Le grand nombre explique seulement pourquoi le grain ne se voit pas à l'œil nu.
📝 TOMBE EN QCM
Série 18 Q2 D (« les photons ne peuvent pas être comptés » ⇒ FAUX). Les ordres de grandeur servent de contrôle de plausibilité sur toutes les annales : un nombre de photons par seconde est toujours entre 10¹⁵ et 10²² dans ce cours.
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N4 · ⭐ LA DUALITÉ onde-particule : deux aspects d'UNE SEULE entité

d.9
0/2
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La formulation exacte de la diapo — à réciter

~9 min
📊 DIAPOS d.9
« La lumière et toutes les autres formes de rayonnements électromagnétiques se comportent comme un flux de paquets d'énergie (photons) qui se déplacent à la vitesse de la lumière ET se propagent dans l'espace comme une onde. » « Cette dualité onde-particule est au cœur même de la mécanique quantique. » « Il n'est PAS possible de dire si la nature de la lumière est corpusculaire ou ondulatoire : ce sont DEUX ASPECTS D'UNE SEULE ET MÊME ENTITÉ PHYSIQUE. » « Selon le phénomène étudié, un aspect ou l'autre peut DOMINER le comportement. Ensemble, ils forment une description moderne de la lumière. »
🎙️ ORAL (séance 20)
en substance : Donc quelle est la vraie vérité ? Il n'y a pas de vraie vérité, les deux sont vrais à la fois. Selon le phénomène qu'on observe — la lecture du contenu d'un CD ou l'effet photoélectrique — on met en évidence l'aspect ondulatoire ou l'aspect corpusculaire.
⚠️ PIÈGE
LE PIÈGE DE COURS CLASSIQUE : « la lumière est UNE onde » et « la lumière est UN flux de particules » sont TOUTES DEUX des réponses INCOMPLÈTES — la seule réponse juste est « les deux à la fois, selon le phénomène ». Un K′ qui propose l'une des deux seule est FAUX ; un K′ qui propose « les deux » est VRAI.
📝 TOMBE EN QCM
Série 18 Q2 C (« le rayonnement électromagnétique est à la fois considéré comme constitué de particules et comme une onde » ⇒ VRAI, et le corrigé renvoie explicitement à « la slide 9 du cours ») et Q4 C (les électrons aussi).
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Quel phénomène révèle quel aspect — la grille de tri

~7 min
📊 DIAPOS d.9 + Ch18
ASPECT ONDULATOIRE : interférences (Ch18) · diffraction (le réseau de la d.12) · réflexion et réfraction (Ch18-19) · polarisation · dispersion. ASPECT CORPUSCULAIRE : effet photoélectrique (d.5-6) · absorption/émission par un atome (d.13-14) · émission stimulée (d.23) · toute expérience qui compte des photons (d.8).
🎙️ ORAL (séance 20)
en substance : Selon le phénomène qu'on observe, la lecture du contenu d'un CD ou l'effet photoélectrique met en évidence l'aspect ondulatoire ou l'aspect corpusculaire de la radiation électromagnétique.
⚠️ PIÈGE
Les deux aspects apparaissent dans la même diapo à la d.12 : « on exploite les phénomènes propres de la nature ONDULATOIRE (le réseau de diffraction) » pour révéler « des LIGNES DISCRÈTES », c'est-à-dire une propriété corpusculaire de l'atome. Ne pas les opposer : ils se complètent dans un même montage.
📝 TOMBE EN QCM
Sert de grille de tri à tout K′ de définition. Et c'est le seul contenu de la d.9, ce qui en fait une diapo à très forte densité de questions par rapport à sa taille.
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N5 · Atomes et lumière : excitation, désexcitation en 10⁻⁹ s, et LES SPECTRES DISCRETS

d.10-12
0/3
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L'électron de valence, l'excitation, et le retour en 10⁻⁹ s

~8 min
📊 DIAPOS d.10
« Le système le plus important capable de rayonner de la lumière est l'électron lié à son atome. Presque tous les phénomènes optiques sont dominés par l'absorption et l'émission de lumière par les électrons de valence (ceux des couches les plus éloignées du noyau). » « Chaque atome occupe habituellement son état d'énergie le plus bas : l'atome est dans son état fondamental. Sans perturbation extérieure, il y reste. Si un processus fournit de l'énergie, un électron sera excité vers un niveau plus élevé. » « L'excitation est un phénomène de RÉSONANCE de courte durée. Habituellement, après un temps de l'ordre de 10⁻⁹ s, l'électron retourne à son état fondamental en restituant l'énergie reçue sous forme de radiation électromagnétique. » Les premières spectroscopies (lumière d'un gaz chauffé projetée sur un prisme) révèlent des BANDES DE COULEURS DISCRÈTES, propres à chaque substance.
🎙️ ORAL (séance 20)
« Après un peu de temps, typiquement très court, de l'état excité, il revient vers son état fondamental et il [y] a un photon émis, dont la fréquence [correspond à la différence d'énergie]. »
⚠️ PIÈGE
Ce 10⁻⁹ s n'est pas décoratif : c'est EXACTEMENT le chiffre qui rend l'inversion de population difficile (d.24 : « un électron reste excité pendant un temps très court : il émet spontanément un photon AVANT de rencontrer un autre photon avec la bonne énergie »). Sans lui, le laser n'aurait pas besoin d'un état métastable. Le chapitre boucle sur ce nombre.
📝 TOMBE EN QCM
Aucune question directe, mais le 10⁻⁹ s est la clé du raisonnement de la d.24 (série 18 Q3C : « le processus de désexcitation radiative peut être spontané ou stimulé » ⇒ VRAI).
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⭐ Spectres d'ÉMISSION et d'ABSORPTION : les raies se correspondent

~10 min
📊 DIAPOS d.11
« Chaque substance est caractérisée par un spectre d'émission particulier. Ces mêmes substances ABSORBENT la lumière blanche aux longueurs d'onde qui correspondent aux raies d'émission. » « Ces raies de lumière discrètes émises par un atome NE PEUVENT PAS s'expliquer par les équations classiques » (Newton, électromagnétisme classique). « Tout indique que les atomes ont une structure interne complexe avec des valeurs d'énergie bien particulières, dont on observe le passage de l'une à l'autre au travers d'émission de photons d'énergie hf. » Sur le rendu : spectres de l'hydrogène, de l'hélium et du mercure sur une échelle 400 → 700 nm ; le spectre d'absorption de l'hydrogène montre des bandes noires exactement aux raies d'émission ; la raie marquée est H alpha, 656 nm, transition n = 3 → n = 2.
🎙️ ORAL (séance 20)
« Le fait qu'on a des [raies] à des fréquences bien définies correspond aux transitions entre deux niveaux énergétiques qui ont une différence d'énergie bien définie »
⚠️ PIÈGE
Croire qu'émission et absorption sont deux phénomènes distincts. Ce sont LES MÊMES transitions, parcourues dans les deux sens : une raie brillante en émission ⟺ une raie noire en absorption, à la MÊME longueur d'onde. C'est le fondement de la Q6 de la série 18 : le même diagramme sert pour l'absorption (flèches vers le haut) et l'émission (flèches vers le bas), et le SENS des flèches est ce qui départage les deux derniers diagrammes candidats.
📝 TOMBE EN QCM
Série 18 Q6 : le tri final se fait exactement là — « dans le graphique E les flèches passent d'un niveau faible à des états plus élevés, ce qui correspond à une absorption ; or ici on parle d'émission : les flèches doivent être dirigées vers le bas ».
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⚠️ La d.12 est une ANIMATION (cadre noir) — son contenu restitué par l'oral

~6 min
📊 DIAPOS d.12
⚠️ ÉCART ⑫ : le rendu PDF de cette diapo est un CADRE ENTIÈREMENT NOIR — la couche texte ne contient que le titre et le pied de page. Contenu restitué depuis l'oral : ▸ une ampoule à incandescence (source classique) qui « émet dans le spectre visible en entier » ▸ des gaz à basse pression chauffés (hydrogène, hélium, néon, mercure) qui émettent de la lumière ▸ un réseau de diffraction — « on exploite les phénomènes propres de la nature ONDULATOIRE, mais il se comporte pratiquement comme un prisme : il fait une décomposition spectrale ». Résultat : lumière blanche ⇒ spectre CONTINU du violet au rouge · gaz ⇒ LIGNES DISCRÈTES.
🎙️ ORAL (séance 20)
« Ces atomes excités, à travers la chaleur, émettaient de la lumière […] pas à toutes les fréquences […] mais à des couleurs bien définies. »
⚠️ PIÈGE
Sauter cette diapo parce que le rendu est noir. C'est la SEULE diapo du chapitre qui montre EXPÉRIMENTALEMENT la différence continu/discret — c'est-à-dire le fait qui force le modèle de Bohr. Aucune occlusion Anki n'est possible dessus : elle se retient par la phrase, pas par l'image.
📝 TOMBE EN QCM
Pas de question directe, mais l'opposition spectre continu (corps chaud) / spectre de raies (gaz atomique) est un K′ de définition classique, et le réseau de diffraction est un pont explicite avec le Ch18.
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N6 · ⭐⭐ LE MODÈLE DE BOHR (1913) : hf = E_i − E_f, Balmer, et L = n h/2π

d.13-15
0/3
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⭐ Les TROIS hypothèses de 1913 — et celle qui contredit la physique classique

~10 min
📊 DIAPOS d.13
« La découverte de l'électron par Thomson en 1897 et les expériences de Rutherford en 1911 conduisirent les scientifiques à envisager que les atomes aient une structure interne, formée d'un très petit noyau positif entouré d'une distribution étendue d'électrons négatifs. » « Une série d'hypothèses clés sur la nature du nuage pour un système à UN SEUL ÉLECTRON furent énoncées en 1913 par N. Bohr. Selon lui, cet électron : » ① « décrit une orbite circulaire autour du noyau » ② « n'existe que sur certaines orbites DISCRÈTES (orbites stationnaires) » ③ « n'émet PAS de radiation tant qu'il reste sur une de ces orbites ». Et la note de bas de diapo : « selon l'électromagnétisme classique, une charge en mouvement NON UNIFORME, comme l'est un mouvement circulaire, PERD son énergie sous forme de rayonnement électromagnétique » ⇒ l'hypothèse ③ CONTREDIT frontalement la physique classique : c'est un postulat de travail, pas une démonstration.
🎙️ ORAL (séance 20)
« L'électron, pour des raisons sur lesquelles Bohr au début ne s'est pas prononcé, il ne peut pas orbiter à n'importe quelle distance de son noyau. Mais il peut exister seulement sur certaines orbites discrètes qu'il appelle orbites stationnaires »
⚠️ PIÈGE
Présenter le modèle de Bohr comme une théorie déduite. C'est un modèle AD HOC, et le prof y revient à la d.21 : « le modèle de Bohr constitua une avancée remarquable, il s'avéra cependant INEXACT ; seul le spectre de l'atome d'hydrogène put être reproduit ; le modèle échoua avec tous les autres atomes ». Second point : les hypothèses valent pour un atome à UN SEUL électron — H, He⁺, Li²⁺.
📝 TOMBE EN QCM
Série 18 Q3 (mécanique quantique) et Q6 (le diagramme). Un K′ « le modèle de Bohr décrit correctement tous les atomes » est FAUX ; « il ne reproduit que l'hydrogène » est VRAI.
⬜

⭐⭐ hf = E_initiale − E_finale : l'énergie du photon est une DIFFÉRENCE

~12 min
📊 DIAPOS d.14
« Selon le modèle de Bohr, un atome ne peut ÉMETTRE de la lumière que lorsque l'électron SAUTE d'un état orbital stationnaire à un autre » : h f = E_initiale − E_finale — AU FORMULAIRE, où il s'écrit E₂ − E₁ = ΔE = hf. « De même, un atome ne pourra ABSORBER de la lumière qu'en faisant sauter un électron entre deux états orbitaux stationnaires. » Le rendu montre : (a) état fondamental E₁ · (b) état excité E₂ · (c) désexcitation avec émission d'un photon (flèche rouge, puis flèche bleue pour un saut plus grand) · (d) la raie correspondante dans le spectre. « Le saut le plus grand ⇒ ΔE plus grand ⇒ f plus grande ⇒ λ plus courte » : c'est pour ça que le premier photon est rouge et le deuxième bleu.
🎙️ ORAL (séance 20)
« L'électron tombe à nouveau dans son état fondamental et il émet la différence d'énergie sous forme de lumière, sous forme de radiation électromagnétique. »
⚠️ PIÈGE
PRENDRE LE NIVEAU AU LIEU DE LA DIFFÉRENCE — c'est le piège de l'annale 2024-25 Q18, où l'énoncé prend soin de préciser « le niveau d'énergie inférieur E₁ = 0 eV » pour que la différence coïncide avec le niveau. Second piège : une flèche VERS LE HAUT est une ABSORPTION, une flèche VERS LE BAS une ÉMISSION — c'est ce qui départage les diagrammes A et E de la Q6.
📝 TOMBE EN QCM
Série 18 Q6 (le sens et la longueur des flèches), Q3 B (E₂ → E₁ libère 10,2 eV ✓ Python) et annale SFO 2024-25 Q18 (E = 1,17 − 0 = 1,17 eV).
⬜

⭐⭐ La série de BALMER (656 · 486 · 434 · 410 nm) et L = n h/2π

~12 min
📊 DIAPOS d.15
« Bohr avait connaissance des spectres atomiques, dont ceux de l'hydrogène, mesurés par Balmer en 1885. Balmer avait trouvé que les 4 raies dans le visible (λ = 656, 486, 434 et 410 nm) obéissent à la formule : » 1/λ = R (1/2² − 1/n²) ; n = 3, 4, 5, 6 où R est la constante de RYDBERG — « ni son nom ni sa valeur ne sont au formulaire ». « Bohr découvrit qu'il pouvait concilier cette formule avec sa théorie s'il supposait que le moment cinétique angulaire de l'électron l'était égal à un nombre entier n fois h/2π : » Lₙ = mₑ vₙ rₙ = n h/2π ; n = 1, 2, 3, … — AU FORMULAIRE (rappel : L⃗ = r⃗ × p⃗, Ch3). « n est appelé nombre quantique de l'orbite. Le moment cinétique est QUANTIFIÉ et ses valeurs possibles sont des multiples entiers de h/2π. »
🎙️ ORAL (séance 20)
« Bohr voulait expliquer avec son modèle le spectre qui a été mesuré par Balmer en 1885 […]. Juste pour l'anecdote, Balmer était suisse, il était bâlois. »
⚠️ PIÈGE
Confondre n (le nombre quantique) et le numéro de la raie. Dans Balmer, l'arrivée est TOUJOURS n = 2 et le départ vaut n = 3, 4, 5, 6 ; ✓ Python avec R = 1,097·10⁷ m⁻¹ : n = 3 ⇒ 656 nm (ROUGE) · n = 4 ⇒ 486 nm · n = 5 ⇒ 434 nm · n = 6 ⇒ 410 nm (VIOLETTE). Plus n est GRAND, plus λ est COURTE — donc plus l'énergie est GRANDE.
📝 TOMBE EN QCM
Série 18 Q6 : les quatre longueurs d'onde de l'énoncé (410 violet, 434 bleu, 486 vert, 656 rouge) SONT EXACTEMENT la série de Balmer, et l'ordre des flèches suit l'ordre des n. Reconnaître Balmer permet de répondre sans calculer les quatre énergies.
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N7 · ⭐⭐ Le rayon des orbites rₙ = n²r₁ et LES NIVEAUX D'ÉNERGIE Eₙ = −13,6 eV/n²

d.16-18
0/3
⬜

⭐ rₙ = n²r₁ avec r₁ = 0,0529 nm — le rayon de Bohr

~10 min
📊 DIAPOS d.16
« Un électron sur une orbite circulaire de rayon rₙ subit une accélération centripète v²/rₙ produite par la force d'attraction électrique entre l'électron négatif et le noyau positif, selon la loi de Coulomb : » F_E = (1/4πε₀)·(Z e·e)/rₙ² 🔗 PONT Ch11 (Coulomb) et Ch3 (accélération centripète). « Ainsi : » (1/4πε₀)(Z e²/rₙ²) = mₑ vₙ²/rₙ ⇒ rₙ = Z e²/(4πε₀ mₑ vₙ²). « La quantité vₙ peut être éliminée en utilisant l'expression du moment cinétique : de Lₙ = mₑ vₙ rₙ = n h/2π on tire vₙ = n h/(2π rₙ mₑ), et l'on obtient : » rₙ = n²·h²ε₀/(π Z e² mₑ) = n² r₁ — AU FORMULAIRE sous la forme rₙ = n² r₁/Z. « Pour l'hydrogène avec Z = 1, la plus petite orbite correspond à n = 1 et à un rayon r₁ = 0,0529177 nm » — soit 0,53·10⁻¹⁰ m, ou « un demi-ångström » à l'oral (1 Å = 10⁻¹⁰ m) ✓ Python. Le rendu montre les orbites emboîtées, annotées r₂ = 4r₁ · r₃ = 9r₁ · r₄ = 16r₁ · r₅ = 25r₁ — la signature du n².
🎙️ ORAL (séance 20)
« [Les chimistes] utilisent une autre unité de mesure qui s'appelle l'ångström […]. L'orbite de l'état fondamental de l'atome d'hydrogène a un rayon de demi-ångström. » ⚠️ ÉCART ⑨ : la diapo écrit r₁ = h²ε₀/(π Z e² mₑ), le formulaire écrit r₁ = h²ε₀/(π mₑ e²) puis rₙ = n²r₁/Z. Les deux se rejoignent pour Z = 1 (hydrogène), seul cas traité.
⚠️ PIÈGE
Confondre n² (le rayon) et 1/n² (l'énergie). Quand n augmente : le rayon EXPLOSE (n²) et l'énergie MONTE vers zéro (−1/n²). L'orbite n = 2 est quatre fois plus grande, pas deux. Et rₙ = n²r₁ n'est vrai que pour Z = 1 : pour He⁺ (Z = 2) le rayon est DIVISÉ par 2.
📝 TOMBE EN QCM
Le rayon de Bohr est la valeur numérique la plus citable du chapitre (0,053 nm). Un K′ « le rayon de l'orbite n = 3 vaut 3 fois celui de n = 1 » est FAUX (c'est 9 fois).
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L'énergie totale d'une orbite : cinétique + potentielle (NÉGATIVE)

~8 min
📊 DIAPOS d.17
« Sur chacune de ces orbites, l'électron doit avoir une énergie définie. L'énergie totale équivaut à la somme des énergies cinétique et potentielle. » « L'énergie potentielle de l'électron est donnée par E_p = qV = −eV, où V est le potentiel dû à une charge ponctuelle +Ze : V = (1/4πε₀)(Q/r) » ⇒ E_p = −eV = −(1/4πε₀)(Z e²/r) — NÉGATIVE : l'électron est LIÉ. « L'énergie totale d'un électron dans la nᵉ orbite de rayon rₙ s'écrit alors : » Eₙ = ½ mₑ vₙ² − (1/4πε₀)(Z e²/rₙ), avec rₙ = n²h²ε₀/(Z e² π mₑ) et vₙ = n h/(2π rₙ mₑ), rappelés en encadré sur la diapo. 🔗 PONT Ch12 (potentiel d'une charge ponctuelle).
🎙️ ORAL (séance 20)
la diapo pose E_p = qV = −eV avec V = (1/4πε₀)(Ze/r) > 0 : l'énergie potentielle est donc négative, ce qui traduit que l'électron est lié au noyau.
⚠️ PIÈGE
Oublier le signe moins de l'énergie potentielle, ou croire qu'une énergie négative est une erreur. Le signe négatif EST l'information : Eₙ < 0 ⟺ l'électron est lié ; Eₙ = 0 ⟺ il est libre (ionisé) ; Eₙ > 0 ⟺ il est libre AVEC de l'énergie cinétique. C'est le même raisonnement qu'au Ch12 pour le potentiel, et qu'au Ch4 pour l'énergie de liaison gravitationnelle.
📝 TOMBE EN QCM
Sert de justification à la d.18 ; aucun exercice ne demande de refaire la dérivation. Le prof précise que la formule finale est ce qu'il faut savoir, pas le chemin.
⬜

⭐⭐ Eₙ = −13,6 eV/n² — les quatre niveaux, l'ionisation, les trois séries

~12 min
📊 DIAPOS d.18
« En remplaçant rₙ et vₙ par leurs valeurs trouvées précédemment, on obtient : » Eₙ = −(Z²e⁴mₑ)/(8ε₀²h²)(1/n²) ; n = 1, 2, 3, … — AU FORMULAIRE sous la forme Eₙ = −Z²E₁/n². « Pour l'hydrogène, le niveau le plus bas avec n = 1 est : E₁ = −2,17·10⁻¹⁸ J = −13,6 eV » ✓ Python — c'est l'ÉNERGIE D'IONISATION de l'hydrogène. « En notant que l'énergie de l'état fondamental (n = 1) de l'hydrogène (Z = 1) vaut −13,6 eV, nous pouvons écrire l'équation pour Eₙ ainsi : » Eₙ = −13,6 eV / n² ; n = 1, 2, 3, … LA FORMULE À SAVOIR : E₁ = −13,6 · E₂ = −3,40 · E₃ = −1,51 · E₄ = −0,85 · E_∞ = 0 eV ✓ Python. Le rendu porte le diagramme des niveaux avec les trois séries : Lyman (vers n = 1, UV) · Balmer (vers n = 2, VISIBLE) · Paschen (vers n = 3, IR) — et, en dessous, les raies H_α H_β H_γ H_δ du spectre visible.
🎙️ ORAL (séance 20)
« [Le niveau n = 1] correspond à l'électron qui se trouve dans son état fondamental, alors n égale […] l'hydrogène Z égale 1, on peut faire le calcul et on trouve que l'énergie de l'état fondamental pour l'électron de l'hydrogène est moins 13,6 électron volts. Et après, pour n égale 2, ça sera moins 13,6 [eV] sur n au carré »
⚠️ PIÈGE
Trois pièges. ① Oublier le SIGNE MOINS : Eₙ est toujours négative. ② Confondre le NIVEAU et la DIFFÉRENCE : le photon Lyman n = 2 → 1 vaut 10,2 eV (= −3,40 + 13,6), pas 3,40 ni 13,6 ✓ Python. ③ Croire que les séries sont dans le visible : seule Balmer l'est ; Lyman est dans l'UV (122 nm pour 2 → 1 ✓ Python) et Paschen dans l'IR (1875 nm pour 4 → 3 ✓ Python).
📝 TOMBE EN QCM
C'est LA formule du chapitre après E = hf. Série 18 Q3 B (10,2 eV pour 2 → 1 ✓ Python) · Q6 (les quatre raies de Balmer) · et tout K′ sur les niveaux de l'hydrogène. Savoir écrire les quatre premiers niveaux de tête vaut plusieurs points.
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N8 · ⭐⭐ DE BROGLIE λ = h/(mv), la condition de Bohr expliquée, et ψ² = PROBABILITÉ

d.19-21
0/3
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⭐⭐ λ = h/(mv) = h/p et la condition 2πrₙ = nλ

~11 min
📊 DIAPOS d.19
« Le modèle de Bohr était EMPIRIQUE : ses suppositions visaient en effet à mettre la théorie en accord avec l'expérience. » « En 1923 Louis de Broglie répandit l'idée de la dualité onde-particule. Il supposa que si la lumière se comportait tantôt comme une onde et tantôt comme une particule, il se pouvait que les choses que nous concevons comme des PARTICULES (les électrons et autres corps matériels) aient aussi des propriétés ONDULATOIRES. » « À toute particule matérielle de masse m et de vitesse v doit être associée une onde dont la longueur d'onde vaut : » λ = h/(m v) = h/p AU FORMULAIRE. « Dans le cas des orbites électroniques, seules les ondes dont la circonférence de l'orbite circulaire contient un NOMBRE ENTIER de λ existent, soit : » 2π rₙ = n λ ; n = 1, 2, 3, … — « l'onde doit se refermer sur elle-même : une ONDE STATIONNAIRE » 🔗 PONT Ch6.
🎙️ ORAL (séance 20)
« De Broglie, 1923, il dit : mais si la lumière a une nature à la fois ondulatoire et corpusculaire, pourquoi on ne peut pas penser que la matière a aussi une nature ondulatoire ? »
⚠️ PIÈGE
Croire que λ = h/(mv) ne concerne que les électrons. Elle vaut pour TOUTE particule massive — protons, atomes, et même une balle de tennis (dont λ est simplement ridiculement petite). Et λ est INVERSEMENT proportionnelle à v : plus la particule va vite, plus sa longueur d'onde est COURTE — c'est l'item D de la série 18 Q4.
📝 TOMBE EN QCM
Série 18 Q4 D (« les électrons possèdent une longueur d'onde indépendante de leur vitesse » ⇒ FAUX), Q5 (f = v²mₑ/h = 1·10²⁰ Hz), Q9 (électron à 1 V ⇒ λ = 1,2 nm) et Q10 (proton ⇒ 29 pm). C'est la deuxième formule la plus utilisée de la série.
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⭐ La condition de Bohr ENFIN expliquée : 2πrₙ = nλ ⟺ L = n h/2π

~9 min
📊 DIAPOS d.20
« En remplaçant λ par h/mv, nous obtenons : » 2π rₙ = n λ = n h/(m v) ⇒ L = m v rₙ = n h/2π « — ce qui est LA CONDITION QUANTIQUE PROPOSÉE PAR BOHR » ✓ Python : les deux écritures sont rigoureusement équivalentes. « Les orbites et les états d'énergie quantifiés du modèle de Bohr sont dus à la NATURE ONDULATOIRE DE L'ÉLECTRON, car seules des ondes RÉSONANTES persistent. Ceci suppose que la dualité onde-particule est à la base de la structure de l'atome. » « Mais qu'est-ce qui correspond à l'amplitude d'une onde de matière ? → la réponse est à la d.21 : ψ, dont le CARRÉ est une probabilité. » Le rendu montre trois orbites portant respectivement 2, 3 et 4 longueurs d'onde entières (n = 2, 3, 4) — l'onde se referme exactement sur elle-même.
🎙️ ORAL (séance 20)
la diapo écrit : la d.19 écrit que seules les ondes dont la circonférence de l'orbite circulaire contient un nombre entier de λ existent — l'onde doit se refermer sur elle-même, comme sur une corde fixée à ses deux bouts (🔗 Ch6).
⚠️ PIÈGE
Traiter cette diapo comme une redite. C'est la SEULE diapo qui donne une EXPLICATION physique au postulat ② de Bohr — et c'est un pont direct avec le Ch6 (ondes stationnaires sur une corde : seules certaines longueurs d'onde « tiennent »). Un K′ « la quantification de Bohr est un postulat sans justification » est FAUX depuis de Broglie.
📝 TOMBE EN QCM
Série 18 Q3 D (« une particule massive peut être décrite comme une onde » ⇒ VRAI) et Q4 C. Le schéma des trois orbites est un excellent candidat à l'occlusion : le nombre de longueurs d'onde est le nombre quantique n.
⬜

⭐ ψ² = PROBABILITÉ, et la fin du concept de trajectoire

~10 min
📊 DIAPOS d.21
« Si le modèle de Bohr constitua une avancée remarquable, il s'avéra cependant INEXACT. En particulier, seul le spectre de l'atome d'HYDROGÈNE put être reproduit. Le modèle échoua avec tous les autres atomes. » « En 1925, Schrödinger et Heisenberg développèrent une nouvelle théorie, la mécanique quantique. À une particule de matière, comme l'électron, la théorie associe une fonction d'onde ψ, qui représente le déplacement en fonction du temps et de la position. » « Le CARRÉ de la fonction d'onde ψ², en tout point de l'espace, représente la PROBABILITÉ de trouver la particule en ce point » — la seule chose exigible de cette diapo. « Ainsi on doit abandonner le concept de TRAJECTOIRE et le remplacer par le concept de probabilité. Les électrons d'un atome n'occupent pas des orbites bien définies mais existent plutôt sous forme de « nuages » qu'on peut considérer comme une distribution de probabilité. » Le rendu montre les densités de probabilité des orbitales s, p et d (n = 1, 2, 3).
🎙️ ORAL (séance 20, clôture)
« La fonction d'onde en soi n'a pas de signification, mais sa norme carrée représente la probabilité de trouver la particule en certaine position à un certain instant. » Et, en clôture : « Et ça, c'est tout ce que j'ai à dire sur la mécanique quantique. » — renseignement d'examen : la d.21 est un aboutissement culturel ; seule la lecture ψ² = probabilité est exigible.
⚠️ PIÈGE
« Il est possible de déterminer la position EXACTE d'un électron » est le K′ FAUX le plus classique du chapitre — la théorie est probabiliste et non déterministe. Second piège : croire que le modèle de Bohr est « faux » au point d'être inutile. Il reste exact pour l'hydrogène, et c'est lui qui donne Eₙ = −13,6/n², la formule qu'on utilise en exercice.
📝 TOMBE EN QCM
Série 18 Q3 A : « il est possible de déterminer la position exacte d'un électron autour du noyau » ⇒ FAUX, et le corrigé renvoie explicitement à « la slide 21 du cours ». C'est la seule question du chapitre qui cite un numéro de diapo.
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N9 · ⭐⭐ LE LASER : émission stimulée, les trois propriétés, et l'INVERSION DE POPULATION

d.22-24
0/3
⬜

L'acronyme LASER, et l'idée d'Einstein (1917)

~8 min
📊 DIAPOS d.22
« Nous avons vu précédemment que la lumière pouvait être absorbée lors de l'excitation d'un atome, et émise lors de sa désexcitation spontanée. » « Einstein, en 1917, émit l'idée qu'un photon arrivant sur un atome DÉJÀ EXCITÉ pouvait STIMULER sa désexcitation. C'est l'émission stimulée, au cœur de l'émission des LASERS. » Et l'acronyme, mot pour mot : LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION. Les deux processus déjà connus, avec dans les deux cas hf = E₂ − E₁ : ▸ ABSORPTION — un photon arrive sur un atome dans son état fondamental et l'électron monte de E₁ à E₂ ▸ ÉMISSION SPONTANÉE — l'atome excité redescend de lui-même de E₂ à E₁, et émet un photon.
🎙️ ORAL (séance 20)
« Le laser est un outil utilisé couramment en médecine, donc ce serait beau de vous donner une idée de la physique derrière le fonctionnement de cet outil. Un peu comme on l'a fait pour l'IRM, et comme on le fera la semaine prochaine pour le CT-scan et la radiographie. » — le fil médical du semestre, énoncé explicitement.
⚠️ PIÈGE
Savoir dire « LASER » sans savoir le développer. L'acronyme EST la définition : Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation — amplification de lumière par émission stimulée de rayonnement. Chacun des cinq mots correspond à un élément du mécanisme, et le mot central est stimulated.
📝 TOMBE EN QCM
L'acronyme est une carte Anki évidente et un K′ de définition très probable. Série 18 Q3 C : « le processus de désexcitation radiative peut être spontané ou stimulé » ⇒ VRAI.
⬜

⭐⭐ Les TROIS propriétés du photon stimulé — à réciter

~11 min
📊 DIAPOS d.23
« Dans le processus d'émission stimulée, un photon incident induit l'atome DÉJÀ EXCITÉ à se désexciter. Pour cela, il faut que le photon incident ait, lui aussi, de fréquence f = (E₂ − E₁)/h. » « Si cette condition est réalisée, alors DEUX photons sont émis simultanément par l'atome (le photon incident + celui produit par émission stimulée), de MÊME FRÉQUENCE f, EN PHASE, et avec la MÊME DIRECTION » — les TROIS propriétés, à citer ensemble. « Comme cette interaction DOUBLE le nombre de photons, on a donc bien une amplification de la radiation par émission stimulée (= LASER). » « Pour que le processus d'amplification fonctionne, il faut PLUS D'ATOMES EXCITÉS QUE D'ATOMES DANS L'ÉTAT FONDAMENTAL : c'est ce qu'on appelle une INVERSION DE POPULATION. »
🎙️ ORAL (séance 20)
en substance : Ce troisième cas de figure, il s'appelle émission stimulée […] et c'est le phénomène qu'on exploite dans le laser. Laser est un acronyme [d'] amplification de lumière par émission stimulée de radiation.
⚠️ PIÈGE
Réciter deux propriétés sur trois. MÊME FRÉQUENCE · EN PHASE · MÊME DIRECTION — ce sont ces trois-là qui expliquent, à la d.25, la « pureté spectrale » et la « grande directivité » du faisceau laser, donc sa capacité à être focalisé sur des cibles micrométriques. Un K′ qui n'en cite que deux, ou qui ajoute « même intensité » / « même polarisation », est à examiner mot à mot.
📝 TOMBE EN QCM
K′ de définition très probable. Le lien avec la d.25 (pureté spectrale ⇐ même fréquence ; directivité ⇐ même direction) est le type de raisonnement transversal qui distingue un major.
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⭐⭐ Pourquoi il faut TROIS niveaux : le pompage et l'état métastable

~12 min
📊 DIAPOS d.24
« L'émission, tant stimulée que spontanée, a lieu tout le temps dans des sources de lumière ordinaires, mais l'émission spontanée est plus probable. Pourquoi ? » « Un électron dans un atome reste excité pendant un temps très court (10⁻⁹ s, d.10) : il émet spontanément un photon AVANT de rencontrer un autre photon avec la bonne énergie. » « En plus, les atomes sont beaucoup plus susceptibles d'ABSORBER un photon (ou tout simplement de l'IGNORER) que de subir une émission stimulée. » « Pour que le processus ait lieu, il est nécessaire de maintenir les électrons bloqués dans un état excité pendant une longue période : c'est l'INVERSION DE POPULATION, obtenue par un processus appelé POMPAGE. Ceci demande un système à TROIS niveaux d'énergie. » Le schéma décisif : état de pompage E_p (photon de pompage hf_p = E_p − E_i) → TRANSITION RAPIDE NON RADIATIVE → état excité E_f (où les électrons s'accumulent) → photon entrant hf = E_f − E_i → photons sortants hf = E_f − E_i → état fondamental E_i. À droite : l'inversion de population et l'amplification par émission stimulée. ⚠️ LES DEUX CONDITIONS pour l'état de pompage, données à l'oral : ① il doit relaxer VERS L'ÉTAT EXCITÉ, pas vers le fondamental ② cette relaxation doit être PLUS RAPIDE que la désexcitation de l'état excité — l'oral chiffre la condition : « si spontanément un atome dans l'état excité relaxe dans l'état fondamental en, je ne sais pas, une nanoseconde, la relaxation entre l'état de pompage et l'état excité doit avoir lieu sur un temps plus court, une demi-nanoseconde ».
🎙️ ORAL (séance 20)
« Il faut trouver une manière pour faire ce qu'on appelle une inversion de population. Donc de garder notre système d'atomes dans un état excité et éviter qu'ils relâchent tous dans l'état fondamental avec une émission de lumière spontanée »
⚠️ PIÈGE
CROIRE QU'UN SYSTÈME À DEUX NIVEAUX SUFFIT — c'est LE piège de la d.24. À deux niveaux, absorption et émission stimulée sont exactement aussi probables : on ne peut jamais dépasser 50 % d'atomes excités, donc jamais d'inversion. Second piège : croire que l'état de pompage EST l'état émetteur. Non : on pompe VERS UN TROISIÈME niveau, qui se vide RAPIDEMENT et SANS RAYONNER dans l'état excité métastable, où les électrons s'accumulent.
📝 TOMBE EN QCM
K′ à quatre items très probable (deux niveaux suffisent ⇒ FAUX · le pompage crée l'inversion ⇒ VRAI · la transition intermédiaire est non radiative ⇒ VRAI · l'émission spontanée est plus probable que la stimulée dans une source ordinaire ⇒ VRAI).
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N10 · 💊 LES LASERS EN MÉDECINE : coagulation, vaporisation, absorption sélective, les six spécialités

d.25-28, d.30
0/4
⬜

⭐⭐ PHOTO-COAGULATION (50 °C), PHOTO-VAPORISATION (100 °C), ABSORPTION SÉLECTIVE

~12 min
📊 DIAPOS d.25
« Un laser est caractérisé par une longueur d'onde très bien définie (PURETÉ SPECTRALE) et une grande DIRECTIVITÉ qui permet de le focaliser sur des cibles extrêmement petites (micrométriques). Ses utilisations principales en médecine sont : » ▸ LA PHOTO-COAGULATION : « on induit la coagulation du tissu par un chauffage modéré (T ≈ 50 °C). Cette technique est utilisée pour cicatriser les tissus ou pour arrêter le saignement (HÉMOSTASE). » ▸ LA PHOTO-VAPORISATION : « on chauffe localement et dans un temps très court à T ≈ 100 °C. Ceci provoque l'ÉBULLITION DE L'EAU dans le tissu ciblé et donc son élimination par évaporation. Utilisée, par exemple, pour faire des incisions très précises en ophtalmologie. » ▸ L'ABSORPTION SÉLECTIVE : « la longueur d'onde du laser est choisie selon le type de molécule ciblée. » « L'EAU absorbe dans l'INFRAROUGE et l'ULTRAVIOLET, mais elle est TRANSPARENTE dans le VISIBLE. L'HÉMOGLOBINE et la MÉLANINE absorbent dans le VISIBLE et l'ULTRAVIOLET, mais PAS dans l'INFRAROUGE. » « On utilise les propriétés d'absorption propres des différents tissus pour créer des dommages sélectifs. »
🎙️ ORAL (séance 20)
« L'eau absorbe dans l'infrarouge et dans l'ultraviolet mais, on le sait, elle est transparente dans le visible. L'hémoglobine, la mélanine, absorbe dans le visible et en partie dans l'ultraviolet mais pas dans l'infrarouge. Donc on peut jouer avec la fréquence selon si on veut toucher l'eau ou si on veut toucher une autre molécule. »
⚠️ PIÈGE
CONFONDRE LES DEUX TEMPÉRATURES : 50 °C on COAGULE (on arrête le saignement), 100 °C on VAPORISE (on découpe). C'est la paire de nombres la plus citable du chapitre. Second piège, sur l'absorption sélective : l'eau est TRANSPARENTE dans le visible (c'est pour ça qu'on voit à travers) — un laser vert traverse l'eau et n'agit QUE sur l'hémoglobine ; un laser infrarouge, lui, chauffe l'eau de TOUT le tissu.
📝 TOMBE EN QCM
Série 18 Q7 (photocoagulation rétinienne, laser vert 532 nm, P = 0,50 W, Δt = 0,10 s ⇒ N = 1,3·10¹⁷ photons ✓ Python) — et 532 nm est du VERT, donc absorbé par l'hémoglobine et non par l'eau : le contexte médical de la question EST cohérent avec le tableau d'absorption.
⬜

Les SIX spécialités, et le mécanisme des taches lie-de-vin en trois temps

~9 min
📊 DIAPOS d.26-27
d.26 — les six spécialités, dans l'ordre de la diapo : ▸ Chirurgie : coagulation pendant traitement, micro-incision ▸ Dermatologie : taches lie-de-vin, nævus, taches brunes, épilation, effacement de tatouage ▸ Odontologie : caries, plaque dentaire ▸ Oncologie : photothérapie dynamique des cancers ▸ Ophtalmologie : cataracte, décollement de rétine, glaucome, dégénérescence maculaire, traitement de la myopie ▸ Urologie : lithotritie (calculs rénaux). 🔗 PONT Ch19 : « pour le traitement de la myopie, à travers un laser on arrive à CHANGER LE RAYON DE COURBURE DE LA CORNÉE et donc à ajuster la focale de l'œil » (oral) — c'est l'équation des lunetiers appliquée au vivant.
d.27 — les taches lie-de-vin en TROIS TEMPS : ① absorption sélective par les vaisseaux sanguins ② diffusion de la chaleur à travers les vaisseaux ③ destruction des vaisseaux sanguins. « Les taches lie-de-vin sont une malformation des capillaires ; comme le sang absorbe fortement dans le visible et l'UV (et non l'eau, transparente dans le visible), un laser à la bonne longueur d'onde chauffe les vaisseaux et EUX SEULS. »
🎙️ ORAL (séance 20)
« Donc on peut jouer avec la fréquence selon si on veut toucher l'eau ou [le sang]. »
⚠️ PIÈGE
Apprendre la liste sans les mécanismes. Chaque spécialité renvoie à UN des trois mécanismes de la d.25 : chirurgie ⇒ coagulation + vaporisation · dermatologie ⇒ absorption sélective · ophtalmologie (myopie) ⇒ vaporisation de précision + PONT Ch19 · oncologie ⇒ photothérapie dynamique (d.28). Le mécanisme est ce qui se demande en QCM, pas la liste.
📝 TOMBE EN QCM
Six spécialités, six candidats à un K′ « laquelle de ces applications repose sur l'absorption sélective ? ». Et le traitement de la myopie est le pont Ch19 ↔ Ch20 le plus probable.
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⭐ La PHOTOTHÉRAPIE DYNAMIQUE : l'hématoporphyrine, diagnostic ET traitement

~11 min
📊 DIAPOS d.28
« Cette technique ENDOSCOPIQUE est basée sur les propriétés d'une molécule non toxique à l'origine dérivée du sang : l'hématoporphyrine (HpD). » « Les cellules cancéreuses éliminent l'hématoporphyrine PLUS LENTEMENT que les cellules saines : on peut donc injecter cette substance au patient pour marquer les cellules malades. » ▸ ① DIAGNOSTIC : « puisque l'hématoporphyrine est luminescente dans le ROUGE lorsqu'elle est exposée à la lumière ULTRAVIOLETTE, les zones où elle se concentre brillent en rouge. Ainsi, les médecins peuvent localiser et déterminer la TAILLE d'une tumeur. » ▸ ② TRAITEMENT : « de plus, l'hématoporphyrine se désintègre chimiquement lorsqu'elle est irradiée avec une lumière de longueur d'onde de 630 nm. Ce faisant, elle TUE ÉGALEMENT les cellules de la tumeur. » ⚠️ ÉCART ④ : la transcription orale écrit « 60-30 nanomètres » — coquille pour 630 nm. Le rendu montre quatre clichés endoscopiques (blue light mode / white light mode) de métastases dans le péritoine — cancer de l'ovaire.
🎙️ ORAL (séance 20)
la diapo décrit les deux rôles : la fluorescence rouge sous UV pour localiser, et la désintégration à 630 nm pour détruire.
⚠️ PIÈGE
Ne retenir qu'un des deux rôles. L'hématoporphyrine fait DEUX choses : elle FLUORESCE sous UV (diagnostic) et elle SE DÉSINTÈGRE à 630 nm en tuant la cellule (traitement). Deux longueurs d'onde, deux fonctions. Et la sélectivité ne vient PAS du laser mais de la BIOLOGIE : c'est la cellule cancéreuse qui garde la molécule plus longtemps.
📝 TOMBE EN QCM
C'est exactement le sujet de la SÉRIE 18 Q8 : λ_UV = 365 nm, λ_fluo = 620 nm, flux surfacique décroissant en e^(−t/τ), surface de 25 mm², seuil de détection — un K′ à données qui mêle E = hc/λ, une décroissance exponentielle (🔗 PONT Ch10 chimie) et un piège d'énoncé (0,59 est la fraction RÉÉMISE, pas absorbée : ÉCART ⑦).
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La d.30 : le calendrier — et ce qui vient au Ch21

~4 min
📊 DIAPOS d.30
PROCHAINE SÉANCE D'EXERCICES — Mardi 17 mars, 13:15 – 15:00, salles Müller et S1-S2. ⚠️ ÉCART ① : cette page est la 29ᵉ et dernière du PDF, mais elle porte le libellé « 20 - 30 » — le libellé 20-29 n'existe pas. Le numéro officiel de cette diapo est donc d.30. Il reste UN seul cours : le Ch21 — Physique nucléaire.
🎙️ ORAL (séance 21, ouverture · traduit)
en substance : Aujourd'hui nous allons parler de physique nucléaire […] rayons X, radiographie, tomographie à rayons X, et PET […] isotope 14 du carbone. Tout cela est contenu dans le chapitre 30 du Kane et dans le chapitre 32 du Hecht. ⚠️ ÉCART ⑤ : cette même ouverture dit « the spectrum of emission of the OXYGEN atom » en rappelant le Ch20 — il s'agit de l'HYDROGÈNE (erreur d'auto-traduction).
⚠️ PIÈGE
Ignorer la règle du débordement. C'est l'ouverture de la séance 21 qui confirme, en français puis en anglais, le programme du dernier chapitre — et qui rappelle le Ch20 en une phrase (le spectre d'émission de l'hydrogène, les niveaux quantifiés).
📝 TOMBE EN QCM
Aucune question, mais le Ch21 est le dernier chapitre du semestre : radioactivité, rayons X, CT, PET, datation au carbone 14.

📝 La série 18 « Photons et atomes » (24 mars 2026) — 10 exercices résolus

Le corrigé officiel est un texte (pas un scan). Chaque question a été recalculée en Python et confrontée au corrigé, question par question. L'en-tête de la série précise que « les exercices plus longs […] font toutefois partie du champ de l'examen » : Q9 et Q10 sont traités en entier. ⚠️ ÉCART ⑥ : le corrigé utilise h tantôt 6,6·10⁻³⁴ (Q5, Q9), tantôt 6,62·10⁻³⁴ (Q6), tantôt 6,626·10⁻³⁴ (Q7, Q10) — les résultats restent corrects à 1 % près ; nos calculs prennent 6,626·10⁻³⁴ partout.

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Q1 (A · clé B) — effet photoélectrique : ce que change l'intensité

B VRAI — « un seul photon peut interagir avec un seul électron. Doubler l'intensité correspond à doubler le FLUX de photons ; comme chaque photon interagit avec un seul électron, doubler le nombre de photons revient à doubler le nombre d'électrons émis ».

A FAUX — doubler la fréquence double l'ÉNERGIE de chaque photon, pas leur nombre.
C FAUX — « réduire l'intensité ne change pas l'énergie des photons et donc n'a pas d'influence sur l'énergie cinétique des électrons ; en revanche, le nombre d'électrons diminuera ».
D FAUX — le piège de l'énoncé : « on ne connaît pas le travail d'extraction » ⇒ en divisant f par deux, on ne sait pas si hf reste au-dessus de Φ : le métal pourrait n'émettre plus rien.
E FAUX — « le travail d'extraction dépend du matériau ».

TABLE DE VÉRITÉ À RETENIR : intensité ⇒ NOMBRE · fréquence ⇒ ÉNERGIE. Les cinq options de cette question ne testent rien d'autre.

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Q2 (K′ · clé F V V F) — les photons

A FAUX — « les photons ont une masse NULLE » (d.6 : « particules énergétiques sans masse »).
B VRAI — « les photons sont les particules élémentaires de la lumière ; la vitesse de la lumière est donc bien leur vitesse ».
C VRAI — dualité ; le corrigé renvoie explicitement à « la slide 9 du cours ».
D FAUX — « on peut détecter des photons individuels sur un détecteur ; un détecteur suffisamment sensible peut compter combien de quanta d'énergie sont absorbés ».

Le piège symétrique de la Q4 : les photons sont sans masse, les électrons ont mₑ = 9,11·10⁻³¹ kg.

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Q3 (K′ · clé F V V V) — mécanique quantique, et les 10,2 eV

A FAUX — « la mécanique quantique est une théorie PROBABILISTE et non déterministe, dans laquelle le concept de trajectoire est abandonné (voir slide 21) ».
B VRAI — ΔE = E₂ − E₁ = −3,40 − (−13,6) = 10,2 eV ✓ Python — première raie de Lyman, λ = 122 nm (UV) ✓ Python.
C VRAI — spontanée ou stimulée (d.22).
D VRAI — de Broglie (d.19).

Cette seule question balaie QUATRE diapos différentes (d.21, d.18, d.22, d.19) : c'est le K′ « de cours » type du chapitre.

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Q4 (K′ · clé F F V F) — les électrons

A FAUX — mₑ = 9,11·10⁻³¹ kg, pas nulle.
B FAUX — « aucune particule ne peut se déplacer plus vite que la lumière dans le vide ».
C VRAI — dualité appliquée à la matière.
D FAUX — « la relation λ = h/(mv) montre qu'il y a un lien direct entre λ et v » : λ est inversement proportionnelle à v.

L'item B est le contrôle qui rend impossible la question Q9E (« peut-on obtenir λ = 1 pm ? »).

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Q5 (A · clé D) — la fréquence d'un électron à 0,9 c

« Par la dualité onde-particule, un électron peut se comporter comme une particule avec une quantité de mouvement, ou comme une onde avec une fréquence et une longueur d'onde. »

f = v/λ et λ = h/(mₑv) ⇒ f = v² mₑ/h = (2,7·10⁸)² × 9,11·10⁻³¹/(6,626·10⁻³⁴) = 1·10²⁰ Hz ✓ Python (v = 0,9 c = 2,7·10⁸ m/s ; λ = 2,6 pm).

Le corrigé ajoute que 2,6 pm est « plus petit que la taille d'un atome, ce qui explique l'intérêt des microscopes électroniques » — et précise : « pour l'anecdote (PAS À SAVOIR) ». C'est un renseignement d'examen explicite.

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Q6 (A · clé A) — quel diagramme d'énergie pour les quatre raies ?

Étape 1 — E = hc/λ : E_violet(410) = 4,84·10⁻¹⁹ J · E_bleu(434) = 4,58·10⁻¹⁹ · E_vert(486) = 4,09·10⁻¹⁹ · E_rouge(656) = 3,03·10⁻¹⁹ J ✓ Python.
Étape 2 — l'ordre : violet > bleu > vert > rouge ⇒ « la flèche violette doit être plus grande que la bleue… seuls les graphiques A et E correspondent ».
Étape 3 — le sens : « dans le graphe E les flèches vont vers le haut ⇒ ABSORPTION ; or on parle d'ÉMISSION ⇒ les flèches doivent être dirigées vers le BAS » ⇒ A.

🧠 Ces quatre longueurs d'onde SONT la série de Balmer (d.15) : transitions 6, 5, 4, 3 → 2. Reconnaître Balmer donne l'ordre SANS calculer les quatre énergies.

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Q7 (A · clé B) — photocoagulation rétinienne : 1,3·10¹⁷ photons

① E_tot = P·Δt = 0,50 × 0,10 = 5,0·10⁻² J ② E_photon = hc/λ = (6,626·10⁻³⁴)(3,00·10⁸)/(532·10⁻⁹) = 3,74·10⁻¹⁹ J ③ N = E_tot/E = 1,3·10¹⁷ ✓ Python.

C'EST LE CALCUL DU CHAPITRE, dans son cadre médical (d.25 : photo-coagulation, T ≈ 50 °C, hémostase). Et 532 nm est du VERT : absorbé par l'hémoglobine, pas par l'eau — le contexte est cohérent avec le tableau d'absorption. Les cinq options sont espacées d'un facteur 10 : chaque erreur (oublier Δt, oublier de convertir nm) déplace le résultat d'exactement un cran.

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Q8 (K′ · clé V V V F) — fluorescence de l'hématoporphyrine

A VRAI — λ_UV = 365 nm < λ_fluo = 620 nm ⇒ E_UV > E_fluo (E ∝ 1/λ).
B VRAI — Φ(0) = A·φ₀ = 25 mm² × 4,0·10⁸ = 1,0·10¹⁰ > Φ_min = 1,0·10⁹ ✓ Python. Attention : φ₀ est SURFACIQUE, il faut multiplier par A.
C VRAI — A φ₀ e^(−t/τ) = Φ_min ⇒ t = τ ln 10 = 10 × 2,303 = 23 ns ✓ Python 🔗 PONT Ch10 (chimie, décroissance exponentielle).
D FAUX — ⚠️ ÉCART ⑦ : la fraction NON réémise vaut 1 − λ_UV/λ_fluo = 1 − 365/620 = 0,41 ✓ Python, « soit environ 41 % et non 59 % comme suggéré dans l'énoncé ». 0,59 est la fraction RÉÉMISE.

Le corrigé ajoute un nota bene : même avec la bonne fraction on ne pourrait conclure sur l'énergie TOTALE reçue, faute de connaître le nombre de photons incidents — et rien ne garantit que la fluorescence soit le seul mécanisme de réémission.

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Q9 (approfondissement · clé A au format A) — l'électron accéléré sous 1 V

① « lorsqu'un électron est accéléré par une ddp de 1 V, il acquiert par définition une énergie de 1 eV » ⇒ E_c = 1,602·10⁻¹⁹ J 🔗 PONT Ch12.
② v = √(2E_c/mₑ) = 5,9·10⁵ m/s ✓ Python.
③ λ = h/(mₑv) = 1,2 nm ✓ Python.

Suite du corrigé : ΔV = 37,4 V pour λ = 200 pm ; v = 3,6·10⁶ m/s (1,2 % de c) ✓ Python. Et « peut-on obtenir λ = 1 pm ? NON : la vitesse devrait être 200 fois plus grande, donc supérieure à c ; il faudrait tenir compte des phénomènes relativistes. »

⚠️ NOTE DU CORRIGÉ, à retenir : « la relation ΔE = hf n'est valable QUE pour un photon (particule sans masse), elle N'EST PAS applicable pour un électron. »

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Q10 (approfondissement · clé A au format A) — le proton, et le facteur √1836

① E_c = −qΔV = 1,602·10⁻¹⁹ J — la même énergie que l'électron : c'est la CHARGE, pas la masse, qui la fixe.
② λ = h/√(2 m_p E_c) = 29 pm ✓ Python.

Suite du corrigé : ΔV = −22,8 V pour λ = 6 pm ; v = 6,6·10⁴ m/s ✓ Python — « beaucoup plus petite que c, donc le traitement non relativiste est justifié » (contrairement à la Q9E).

🧠 LE RAPPORT À COMPRENDRE : à MÊME énergie cinétique, λ ∝ 1/√m. Le proton étant 1836 fois plus lourd, sa longueur d'onde est √1836 ≈ 43 fois plus COURTE : 1,2 nm ÷ 43 ≈ 29 pm. ✓ Python

📜 Les annales du Ch20 — 4 questions, et ce qu'elles disent du chapitre

Le grep exhaustif de tous les retranscrits (SFO 2021, 2022, 2023, 2024-25, Med'moi, MedPrep 2019, 2011 module A) sur les mots-clés du chapitre (photon, photoélectrique, Planck, quantum, Bohr, orbite, niveau d'énergie, de Broglie, laser, émission stimulée, hématoporphyrine, Balmer, ionisation) donne quatre questions. Trois d'entre elles sont LE MÊME RAPPORT — énergie totale / énergie d'un photon — pris dans les trois sens. Le grep du deck Anki d'annales existant confirme : 3 notes Ch20 y dorment (indices 37, 38 en Basic ; 57 en Cloze), reprises ici.

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SFO 2022-23 Q8 (A) — 1,34 kW à 550 nm : combien de photons par seconde ?

« Il fallait calculer la quantité de photons par seconde si la puissance est de 1,34 kW et si la lumière jaune arrive avec une longueur d'onde de 550 nm. »

N = P/(hc/λ) = P·λ/(hc) = (1340)(550·10⁻⁹)/((6,626·10⁻³⁴)(3,00·10⁸)) = 3,7·10²¹ photons/s ✓ Python.

La d.8, mot pour mot. Pièges : oublier le « k » de 1,34 kW (facteur 1000) · oublier de convertir 550 nm en mètres · inverser le rapport. Repère : 1,34 kW à 550 nm, c'est l'ordre de grandeur de la constante solaire au sol.

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SFO 2023-24 Q13 (A) — 10⁻³ J en 9,72·10¹⁴ photons : quelle longueur d'onde ?

« Un laser émet une énergie de 10⁻³ J avec 9,72·10¹⁴ photons par salve ; déterminer la longueur d'onde des photons dans le vide. »

① E_photon = E_tot/N = 10⁻³/9,72·10¹⁴ = 1,029·10⁻¹⁸ J ② λ = hc/E = 1,93·10⁻⁷ m = 193 nm ✓ Python.

⚠️ LE PIÈGE EST DANS LES OPTIONS : deux d'entre elles (≈ 10⁻⁴⁰ m) sont le résultat d'un λ calculé sur l'énergie TOTALE, sans diviser par le nombre de photons. Une absurdité de 33 ordres de grandeur — donc un contrôle de plausibilité suffit. 💊 193 nm est la raie du laser excimère ArF, celui de la chirurgie réfractive de la cornée (d.26, « traitement de la myopie »).

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SFO 2024-25 Q18 (A) — 1,4·10¹⁹ photons/s à 1,17 eV : quelle puissance ?

« Un laser envoie 1,4·10¹⁹ photons en une seconde à un niveau d'énergie E₂ = 1,17 eV, le niveau inférieur étant E₁ = 0 eV ; quelle est la puissance ? »

① l'énergie du photon est la DIFFÉRENCE : 1,17 − 0 = 1,17 eV ② 1,17 × 1,602·10⁻¹⁹ = 1,874·10⁻¹⁹ J ③ P = N·E/Δt = 1,4·10¹⁹ × 1,874·10⁻¹⁹ = 2,62 W ✓ Python.

⚠️ ÉCART DÉCLARÉ ⑧ : la clé du retranscrit est C (1,9 W) ; elle provient d'une conversion eV → J erronée (1,16·10⁻¹⁹ au lieu de 1,602·10⁻¹⁹). Avec la bonne constante, le résultat est 2,62 W, soit l'option D (2,65 W). On signale l'écart et on répond avec la BONNE constante. 🧠 1,17 eV ⟺ λ = 1060 nm : c'est le laser Nd:YAG (proche IR) — et l'IR est absorbé par l'EAU (d.25).

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SFO 2021 Q34 (K′ · données partiellement perdues) — trois longueurs d'onde d'un laser

« Laser. Photons ayant des longueurs d'onde de 300 nm, 500 nm et 1059 nm. » (le retranscrit n'a conservé qu'une partie des données et un seul corrigé d'item)

Item corrigé — « les photons de 1059 nm auront le plus d'énergie » ⇒ FAUX : E = hc/λ, l'énergie est inversement proportionnelle à λ ⇒ ce sont les 300 nm les plus énergétiques ✓ Python.

Les autres items sont reconstruits et signalés comme tels : pour une même énergie totale, ce sont les photons les moins énergétiques (1059 nm) qui sont les plus nombreux (N ∝ λ) ; et « une puissance de 100 mJ » est un contrôle d'unité pur (un joule n'est pas un watt). La structure de cette annale — une question d'ÉNERGIE, une question de NOMBRE, deux contrôles d'UNITÉ — est le modèle du K′ « laser » à attendre.

🎯 Conclusion stratégique — ce qu'il faut réellement verrouiller

1. Un seul calcul, trois sens. TROIS annales sur QUATRE sont le rapport N = E_tot/E_photon avec E_photon = hc/λ, lu dans les trois sens : P → N (2022-23), N → λ (2023-24), N → P (2024-25). Ce rapport est la d.8, et la série 18 le redemande en Q7. C'est le geste le plus rentable du chapitre : il vaut, à lui seul, plus de points que tout le reste réuni.

2. Les formules sont données, les constantes NON. Le formulaire donne E = hf, Ec = hf − Φ (jamais écrit sur les diapos !), λ = h/(mv), Lₙ = n h/2π, rₙ = n²r₁/Z et Eₙ = −Z²E₁/n². Mais il ne donne NI h, NI c, NI mₑ, NI e. Il faut donc mémoriser : h = 6,626·10⁻³⁴ J/Hz = 4,1357·10⁻¹⁵ eV/Hz · c = 3,00·10⁸ m/s · mₑ = 9,11·10⁻³¹ kg · e = 1,602·10⁻¹⁹ C · m_p = 1,67·10⁻²⁷ kg. La conversion eV ↔ J est le point de bascule de l'annale 2024-25.

3. Les valeurs par-cœur payantes (aucune n'est au formulaire) : E₁ = −13,6 eV et Eₙ = −13,6/n² (⇒ −3,40 · −1,51 · −0,85) · 13,6 eV = énergie d'ionisation de H · 10,2 eV pour 2 → 1 · r₁ = 0,0529 nm et rₙ = n²r₁ · Balmer : 656 · 486 · 434 · 410 nm, vers n = 2, dans le VISIBLE (Lyman UV, Paschen IR) · désexcitation en 10⁻⁹ s · photon visible ≈ 2 eV · 50 °C coagulation / 100 °C vaporisation · 630 nm hématoporphyrine · eau : absorbe IR et UV, transparente dans le VISIBLE ; hémoglobine et mélanine : absorbent VISIBLE et UV, pas l'IR.

4. Les trois réflexes qui font gagner le plus de points : ① devant une puissance et une longueur d'onde, calculer E = hc/λ AVANT de diviser ② devant des niveaux d'énergie, prendre la DIFFÉRENCE, jamais le niveau ③ devant un K′ de cours, appliquer la table de vérité intensité/fréquence (intensité ⇒ nombre, fréquence ⇒ énergie) et le test de la dualité (« onde OU particule » est toujours faux ; « les deux, selon le phénomène » est toujours vrai).

✅ Critères de verrouillage du Ch20