L’introduction au monde quantique fait l’objet du bloc 4. Elle s’inscrit dans la continuité du programme de la classe de terminale scientifique. Elle est restreinte, comme dans toute cette partie « Signaux physiques » à l'étude de systèmes unidimensionnels. La réflexion sur les thèmes abordés ici doit avant tout être qualitative ; toute dérive calculatoire devra être soigneusement évitée. Les concepts essentiels abordés sont la dualité onde-corpuscule, l’interprétation probabiliste de la fonction d’onde, et les conséquences de l’inégalité de Heisenberg spatiale dans des situations confinées.

Notions et contenusCapacités exigibles
4. Introduction au monde quantique
Dualité onde-particule pour la lumière et la matière. Relations de Planck-Einstein et de Louis de Broglie.Évaluer des ordres de grandeurs typiques intervenant dans des phénomènes quantiques.

Approche documentaire : décrire un exemp d’expérience mettant en évidence la nécessité de la notion de photon.

Approche documentaire : décrire un exemple d’expérience illustrant la notion d’ondes de matière.

Interprétation probabiliste associée à la fonction d’onde : approche qualitative.Interpréter une expérience d’interférences (matière ou lumière) « particule par particule » en termes probabilistes.
Inégalité de Heisenberg spatiale.À l’aide d’une analogie avec la diffraction des ondes lumineuses, établir l’inégalité en ordre de grandeur : ∆p ∆x ≥ ħ.
Énergie minimale de l’oscillateur harmonique quantique.Établir le lien entre confinement spatial et énergie minimale (induit par l’inégalité de Heisenberg spatiale).
Quantification de l’énergie d’une particule libre confinée 1D.Obtenir les niveaux d’énergie par analogie avec les modes propres d’une corde vibrante.

Établir le lien qualitatif entre confinement spatial et quantification.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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Olivier

Professeur en lycée et classe prépa, je vous livre ici quelques conseils utiles à travers mes cours !