Bac S 2014 Amérique du nord EXERCICE I : ONDES ET PARTICULES (6 points)
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Partie A : expérience des fentes d’Young

1. Le point A est au milieu d’une frange brillante, il s’y produit des interférences constructives entre les deux ondes passant par chaque fente. Le point B est au milieu d’une frange sombre, il s’y produit des interférences destructives.

2. En A, les deux ondes sont en phase ce qui correspond aux ondes (a) et (c) En B, les deux ondes sont en opposition phase ce qui correspond aux ondes (a) et (b) (ou (b) et (c) ).

Partie B : particule de matière et onde de matière

1. Expérience des fentes d’Young

1.1. Avec un « faible » nombre d’impacts, il semble que les positions d’impacts des électrons sont aléatoires. On ne peut pas donc pas prévoir la position de l’impact d’un électron unique

1.2. Cependant, après un grand nombre d’impacts d’électrons (5000), on reconnaît une figure d’interférences (voir 5000 impacts) d’où l’aspect ondulatoire des électrons tandis qu’avec un faible nombre d’impacts, on observe l’aspect particulaire (un impact aléatoire par électron).

Rq : Cette expérience d’interférences particule par particule, met en évidence l’aspect probabiliste du phénomène : on peut au mieux établir la probabilité de présence de l’électron à un endroit donné.

2. Longueur d’onde de matière associée à un électron

2.1. Passage à travers une plaque percée
2.1.1. D’après la relation de de Broglie associant une onde de longueur d’onde λ à toute particule en mouvement : avec p = me.v (quantité de mouvement de la particule).
On en déduit que
Soit = 5,6×10–12 m = 5,6 pm
En tenant compte de l’incertitude donnée U(λ) = 5×10–13 m = 0,5×10–12 m , on peut écrire : λ = (5,6 ± 0,5)×10–12 m = (5,6 ± 0,5) pm
2.1.2. Données : donc
Expérimentalement, on a : D’après le doc.1 Distance séparant les deux fentes b = 0,8 ± 0,2 µm Distance entre la plaque et l’écran D = 35,0 ± 0,1 cm
À l’aide du doc.2. déterminons la