Thème : Énergie, matière et rayonnement                                                          Cité scolaire André Chamson

Activité Cours : dualité onde-particule

I°) Le cas de la lumière

Selon l’expérience, la lumière peut être perçue soit comme une onde, soit comme une particule appelée photon.

Aspect ondulatoire Aspect corpusculaire

Expériences typiques : - diffraction - interférences

Résultats 

Expériences typiques : - effet photoélectrique                                     - effet Compton

II°) Le cas de la matière

Postulat de Louis de Broglie (1923)

Comme les photons peuvent avoir un comportement ondulatoire ou corpusculaire, la matière possède également des propriétés ondulatoires et corpusculaires.

A toute particule matérielle ayant une masse m, une vitesse v (très inférieure à la célérité de la lumière), on associe la quantité de mouvement p et une longueur d’onde λ :

Quantité de mouvement : p = m×v (aspect corpusculaire)

Longueur d’onde :  λ = hp

(aspect ondulatoire)

Une fente (difffraction)

Double fentes (difffraction + interférences)

m.s-1

kgkg.m.s-1

J.s

kg.m.s-1

m

Application : - un électron a une vitesse v = 30 000 m.s-1 et une masse m = 9,1×10-31 kg.- une voiture a une vitesse v = 130 km.h-1 et une masse m = 1,2 t

Calculer la longueur d’onde λ de ces 2 objets.

Électron : Voiture :

ConclusionL’aspect ondulatoire de la matière n’apparaît que si la masse de la particule (ou de l’objet) est faible Si la masse est trop grande, la longueur d’onde λ est trop faible.

Remarque : pour voir la diffraction il faut que la taille de l’ouverture soit de l’ordre de grandeur de la longueur d’onde (a ≈ λ)

III°) Vérifications expérimentales

Différentes expériences ont permis de mettre en évidences l’aspect ondulatoire de la matière :

Exemple 1: expérience de Tonomura (1989)

Dans cette expérience, on envoie un par un des électrons vers un mécanisme équivalent à 2 fentes (fentes d’Young) voici le résultat au cours du temps

On constate que des franges d’interférences apparaissent au fur et à mesure que les électrons arrivent sur l’écrancomme pour la lumière.

La probabilité de l’impact des électrons sur l’écran n’est pas uniforme. Il y a des zones où il y a plus d’impactsque d’autres.

On ne peut pas prévoir à l’avance où va aller l’électron, on peut simplement dire la probabilité de présence dans certaines zones (la mécanique quantique est probabiliste).

λ = hp

= hm×v

λ = 6,63×10−34

9,1×10−31×30000= 2,4×10−8 m

λ = hp

= hm×v

λ = 6,63×10−34

1,2×103×(1303,6 )

= 1,5×10−38 m

Résumé :

Lumière Matière

Aspect ondulatoire

Aspect corpusculaire

λ = cν

E = h×ν

λ = hp

p = m×v

NOM du professeur : Roux Date d’utilisation du matériel : Jeudi 05 Octobre 2017 de 8H à 12H Classe : 1SSalle : Nombre de paillasses : 8

Matériel et produits par paillasse élève

MATERIEL PRODUITS et REACTIFS- rien - rien

Bureau professeur

MATERIEL PRODUITS et REACTIFS- 1 électroscope (le bleu)+ plaque de zinc décapée- 1 ballon de baudruche- 1 lampe UV- lasers rouge, vert, bleu et rétroprojecteur avec variateur à pieds (je ramène).

- 1 casserole ou cristallisoir en métal- 1 écran + support- lampe spectrale au sodium et au mercure

- éthanol à 95°- coton- NaCl

                                                                                                                                                      MERCI Danielle

Remarque pour le prof :

L'expérience fonctionne avec le spectroscope bleu car le métal utilisé pour la tige de maintient de l'aiguille est en laiton et le travail d'extraction pour le laiton (composé de cuivre et de zinc) se rapproche de celui du zinc.

Pour électrifier la plaque, approcher le ballon d’un des coins de la plaque (effet de pointe efficace), on entend les électrons se déplacer.