Physique-Chimie · Terminale · Ondes et signaux
Modèle corpusculaire de la lumière : le photon
Une onde qui arrive par paquets.
En bref
Les deux chapitres précédents ont établi que la lumière est une onde.
Les deux chapitres précédents ont établi que la lumière est une onde. Celui-ci montre qu’elle est aussi un flot de grains d’énergie. Les deux descriptions sont vraies.
Le photon
E = h ν = h c / λ, avec h = 6,63 × 10⁻³⁴ J·s et c = 3,00 × 10⁸ m·s⁻¹
| Lumière | λ | Énergie du photon |
|---|---|---|
| Rouge | 700 nm | environ 1,8 eV |
| Bleue | 450 nm | environ 2,8 eV |
L’énergie d’un photon dépend uniquement de la fréquence — jamais de l’intensité. L’électronvolt est l’unité commode : 1 eV = 1,60 × 10⁻¹⁹ J.
L’effet photoélectrique
| L’observation | Ce que prédit le modèle ondulatoire | Ce que dit le modèle corpusculaire |
|---|---|---|
| Une lumière rouge très intense n’arrache rien | Elle devrait finir par y arriver | Chaque photon est trop peu énergétique |
| Une lumière UV très faible y parvient aussitôt | Elle devrait mettre longtemps | Un seul photon suffit |
Un électron reçoit un photon entier, ou rien. Il faut donc hν > W₀, le travail d’extraction du métal. C’est cette condition de seuil que le modèle ondulatoire ne peut pas produire.
La dualité onde-corpuscule
| Phénomène | Modèle qui l’explique |
|---|---|
| Diffraction, interférences | Ondulatoire |
| Effet photoélectrique, absorption, émission | Corpusculaire |
Les deux ne s’opposent pas : ils décrivent des aspects différents d’un même objet, et chacun est indispensable.
L’expérience des fentes d’Young photon par photon le montre : chaque photon arrive en un point unique (corpuscule), mais l’accumulation de milliers d’impacts reconstitue les franges (onde).
Les niveaux d’énergie quantifiés
Un atome ne possède que certaines valeurs d’énergie. Il ne peut absorber ou émettre que la différence entre deux niveaux :
ΔE = E_haut − E_bas = h ν
D’où les spectres de raies : chaque élément a son jeu de longueurs d’onde propre. C’est ainsi qu’on identifie la composition d’une étoile sans y aller, et que se lisent les raies de Fraunhofer du spectre solaire.
Le laser
Il exploite l’émission stimulée : un photon traversant un atome excité en déclenche l’émission d’un second — identique en direction, en phase et en longueur d’onde.
D’où un faisceau monochromatique, directif et cohérent — et c’est cette cohérence qui rend possibles les expériences d’interférences du chapitre précédent.
Le photon n’a pas de masse, mais il transporte énergie et quantité de mouvement. Ce n’est pas une contradiction : la relation E = mc² ne s’applique pas telle quelle à une particule sans masse.
Teste-toi
6 questions pour vérifier
Touche une réponse : la correction s’affiche tout de suite.
1.Quelle est l’expression de l’énergie d’un photon ?
2.Que vaut la constante de Planck ?
3.Une lumière rouge très intense peut-elle arracher des électrons à un métal de seuil situé dans l’ultraviolet ?
4.L’effet photoélectrique s’explique par le modèle ondulatoire de la lumière.
5.Que traduit la dualité onde-corpuscule ?
6.Pourquoi un atome n’émet-il que certaines longueurs d’onde ?
0 / 6 questions
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