Comprendre la dualité onde‑corpuscule (1)

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Classe(s) : Tle S | Thème(s) : Énergie, matière et rayonnement
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Comprendre la dualité onde‑corpuscule (1)

FB_Bac_98618_PhyT_S_012

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Rappels de cours

1Dualité onde-corpuscule

 En 1923, L. de Broglie associe à toute particule dont la quantité de mouvement est (>fiche19) une onde de longueur d’onde associée  :



en m ; en

Sachant que E=p c (>fiche19) cette relation équivaut à .


 Cette relation traduit la dualité onde-corpuscule et permet l’interprétation de l’effet photoélectrique (>fiche11).

Avec les notations du schéma ci-contre : une onde lumineuse de longueur d’onde λ apporte l’énergie suffisante pour arracher l’électron (caractère ondulatoire).


Il s’interprète aussi comme l’arrachement d’un électron sous l’effet du choc d’une particule, un photon, de quantité de mouvement (>fiche19), contre le métal (caractère corpusculaire).

2Manifestation du caractère ondulatoire d’une particule

 Les propriétés ondulatoires des particules se manifestent lorsqu’elles sont en grand nombre et que l’on observe des phénomènes caracté­ristiques des ondes, tels que les interférences ou la diffraction.

 Pour savoir si une particule est susceptible de se comporter comme une onde on peut utiliser ce critère quantitatif : la ­longueur d’onde associée à la particule et calculée avec la formule de de ­Broglie doit être de l’ordre de grandeur de la taille des obstacles (ou des ouvertures) que la particule rencontre, c’est-à-dire qu’il doit y avoir possibilité de diffraction.


 Lors d’une expérience d’interférences avec des particules, par exemple des photons ou des électrons, il est impossible de dire si une particule donnée est passée par le trou 1 ou le trou 2 et il est impossible de prévoir son lieu d’impact. On peut seulement estimer la probabilité que l’impact ait lieu en point donné de l’écran.

Méthode

Interpréter une expérience d’interférences d’électrons


Un écran sensible aux électrons est placé face à un canon à électrons. On interpose un cache percé de deux trous.


1. Quels trous ouvrir pour observer les figures 1, 2 et 3 ?

En réalité, lorsque les deux trous sont ouverts, on observe une tout autre figure (fig.4).


2. Quel est le détail le plus surprenant de la figure 4 ?

3. Quelle propriété des électrons cette expérience met-elle en évidence ?

Conseils

1. Comparer le canon à électron à un pistolet à billes lançant des billes vers le cache percé de trous.

3. Rechercher le nom de la figure obtenue

Solution

1. Trou 1 ouvert : fig.1. Trou 2 ouvert : fig.2. Trous 1 et 2 ouverts : fig.3.

2. Il y a un maximum d’électrons au centre de l’écran alors que juste en face du canon, le cache n’est pas percé.

3. La figure obtenue est une figure d’interférences : les électrons, habituellement considérés comme des particules de matière, ont ici un comportement ondulatoire.

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