16. Lunette astronomique — modèles ondulatoire et particulaire de la lumière
Fiche de révision — Bac spécialité physique-chimie • mrnasri.com
- Comprendre le rôle des lentilles minces convergentes
- Calculer le grossissement d'une lunette afocale
- Distinguer les modèles ondulatoire et particulaire
- Relier énergie d'un photon à la fréquence : E = h·f
I. Lentilles minces convergentes
Une lentille convergente est caractérisée par sa distance focale f' (en m). Elle forme l'image d'un objet réel.
La vergence C = 1/f' s'exprime en dioptries (δ).
II. Lunette astronomique afocale
Une lunette afocale est composée de deux lentilles :
- Objectif : grande distance focale f'₁ (forme l'image intermédiaire).
- Oculaire : petite distance focale f'₂ (sert de loupe).
L'image finale est à l'infini (l'œil n'a pas besoin d'accommoder).
III. Grossissement
Plus G est grand, plus l'objet observé paraît rapproché.
IV. Modèle ondulatoire
La lumière est une onde électromagnétique. On utilise ce modèle pour interpréter :
- la diffraction (par une fente, un cheveu) ;
- les interférences (fentes d'Young) ;
- le spectre (longueurs d'onde de 380 à 780 nm pour le visible).
V. Modèle particulaire — le photon
La lumière est aussi composée de photons, particules d'énergie :
On utilise ce modèle pour interpréter l'effet photoélectrique, les transitions atomiques et la quantification de l'énergie.
VI. Niveaux d'énergie d'un atome
Un atome ne peut exister que dans certains états d'énergie bien définis. Lors d'une désexcitation de E_n vers E_p (E_n > E_p) :
VII. Exemple type Bac
Énoncé. Une lunette afocale : objectif f'₁ = 800 mm, oculaire f'₂ = 25 mm. Un atome émet une lumière de λ = 656 nm.
1) Calculer le grossissement de la lunette.
G = 800 / 25 = 32×.
2) Calculer l'énergie d'un photon de cette lumière.
E = h·c/λ = 6,63×10⁻³⁴ × 3×10⁸ / 656×10⁻⁹ ≈ 3,03 × 10⁻¹⁹ J ≈ 1,9 eV.
⚠ Erreurs fréquentes à éviter
- Confondre vergence (δ) et focale (m).
- Inverser G = f'₁/f'₂ en f'₂/f'₁.
- Oublier de convertir λ en m (1 nm = 10⁻⁹ m).
- Confondre h (constante de Planck) et autres constantes.
★ À retenir absolument
• Lunette afocale : G = f'₁ / f'₂
• E_photon = h·f = h·c/λ
• h = 6,63 × 10⁻³⁴ J·s
• Dualité : onde (diffraction) + particule (photon)