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 contenus | Capacités 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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