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Histoire de la
physique moderne
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PHYSIQUE
Document 1
Article de Palais de la découverte, 2003.
http://www.akadem.org/photos/contextuels/538_3_Nature_lumiere.pdf
Théorie corpusculaire, théorie ondulatoire : deux modèles complémentaires de la lumière
Pendant plus de trois siècles, la nature de la lumière fut au cœur des débats scientifiques : deux théories, chacune
fondée sur des résultats empiriques, s’affrontèrent pour finalement donner naissance à la physique moderne
A) Historique des théories ondulatoire et corpusculaire de la lumière
La théorie corpusculaire sera défendue par Isaac Newton pour qui la lumière est composée de particules dont les
masses différentes provoquent sur notre rétine des sensations distinctes : les couleurs.
La propagation rectiligne de la lumière découle tout logiquement de ce concept. L’autorité de Newton imposera
cette conception bien longtemps après sa mort, survenue en 1727.
Plusieurs hommes prendront le parti de la théorie ondulatoire. Ils ont tous une liberté d'esprit indispensable pour
affronter le prestige du grand Newton.
Le premier, Christian Huygens, imagine la lumière comme une vibration. Cette approche lui permet notamment
de rendre compte de la diffraction.
Plus tard, Thomas Young et Augustin Fresnel apportèrent leurs contributions. Le premier en découvrant, en
1801, les interférences. Le second en découvrant, en 1819, la nature transversale des ondes lumineuses.
En 1849, Hippolyte Fizeau mesure la vitesse de la lumière dans l’eau et montre qu’elle est plus faible que dans
l’air. Ce que prédit la théorie ondulatoire (alors que la théorie corpusculaire affirmait exactement le contraire).
Grâce à cela, la théorie ondulatoire triomphait.
James Clark Maxwell, en 1865 puis en 1873, précisera la nature électromagnétique de cette onde. La lumière
fait partie de la grande famille des ondes électromagnétiques.
B) L’effet photoélectrique, la pièce maîtresse du débat
L’effet photoélectrique fut découvert en 1887 par Heinrich Hertz, lors de ses travaux sur l’électromagnétisme.
En 1900, le physicien Lenard montra que seules les
radiations de faible longueur d’onde peuvent provoquer
la photoémission, quelle que soit l’intensité du
rayonnement incident. Cette caractéristique du
phénomène ne pouvait s’expliquer par la physique
classique, qui considère la lumière comme une onde.
En 1905, Einstein parvint à interpréter ces résultats
grâce à la théorie des quanta, formulée par Planck.
Il proposa de concevoir la lumière comme un flux de
particules (les photons), dotées d’une énergie E = h
dépendant de la longueur d’onde du rayonnement, et
non de son intensité.
Einstein comprit que l’effet photoélectrique se traduit
par l’absorption de certains photons par le métal : si
l’énergie d’un photon est supérieure à l’énergie liant un

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PHYSIQUE
électron à un atome du métal, cet électron peut alors quitter l’atome et créant un courant électrique. Grâce à ses
travaux sur l’effet photoélectrique, Einstein reçut le prix Nobel de physique en 1921 et contribua fortement, par
ses explications, au développement de la théorie quantique.
C) La mécanique quantique : une révolution dans le monde de la physique
En fait, les deux théories sont complémentaires : la théorie quantique a montré que la lumière agit comme un
ensemble de particules et comme une onde : c’est la dualité onde-particule.
Cette théorie, introduite en mécanique quantique par Louis de Broglie en 1923, associe une onde à toute
particule. Par analogie avec le photon, Louis de Broglie associa ainsi à chaque particule libre une E une fréquence
 et une longueur d'onde .
Questions :
1) Relevez, dans le texte, les mots ou expressions que vous n’êtes pas certain(e) de comprendre. Échangez vos
explications et proposez à la classe une reformulation qui vous paraîtrait plus claire.
2) Quels sont les scientifiques qui croyaient à la théorie corpusculaire de la lumière ? Quels sont ceux qui
croyaient à la théorie ondulatoire ?
3) Reformuler en une phrase chacune de ces deux théories.
4) Sur quels faits, issus de l’observation du réel, Huygens, Young et Fresnel s’appuient-ils ? Quel modèle de la
lumière en déduisent-ils ?
5) Quelle qualité d’esprit a été nécessaire à ces hommes pour contredire le modèle donné par Newton ?
6) Y a-t-il, à votre avis, contradiction entre les faits observés et pris en compte par Huygens et l’hypothèse
newtonienne d’une lumière constituée par des particules matérielles ? Argumentez.
7) Expliquer le sens de cet extrait : « Hippolyte Fizeau mesure la vitesse de la lumière dans l’eau et montre
qu’elle est plus faible que dans l’air. Ce que prédit la théorie ondulatoire (alors que la théorie corpusculaire
affirmait exactement le contraire). Grâce à cela, la théorie ondulatoire triomphait. »
8) Quel est le rôle du modèle dans ce texte ?

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PHYSIQUE
Document 2
Article « Historique des modèles de l’atome »
http://fr.wikipedia.org/wiki/Atome#Historique_des_mod.C3.A8les_de_l.27atome
Historique des modèles de l’atome
Dans l'histoire des sciences, plusieurs modèles de l'atome ont été développés, au fur et à mesure des découvertes
des propriétés de la matière. Aujourd'hui encore, on utilise plusieurs modèles différents :
La notion de « grain composant la matière » apparaît pour la première fois dans la Grèce antique au Ve siècle av.
J.-C. (Démocrite).
La décomposition du monde en quatre éléments (eau, air, terre, feu) qui s'associaient et se dissociaient, peut donc
compléter cette thèse.
1897 : J. J. Thomson découvre l'électron ; c'est la première décomposition de l'atome. Le modèle de Thomson est
un pudding, la charge positive est répartie uniformément dans tout le volume, qui est parsemé d'électrons (comme
des raisins dans un gâteau).
1911 : expérience de Rutherford : il bombarde une feuille d'or par des particules alpha et il en déduit le modèle
atomique planétaire : l'atome est constitué d'un noyau positif très petit et d'électrons tournant autour.
1913 : Niels Bohr réunit les concepts de Planck et de Rutherford, et propose un modèle atomique quantique : les
orbites des électrons ont des rayons définis, il n'existe que quelques orbites « autorisées » ; ainsi, les échanges
d'énergie quantifiés correspondent à des sauts entre les orbites définies, et lorsque l'électron est sur l'orbite la plus
basse, il ne peut pas descendre en dessous et s'écraser (mais ce modèle n'explique pas pourquoi).
1914 : l'expérience de Franck et Hertz valide le modèle de Bohr : ils bombardent de la vapeur de mercure avec
des électrons ; l'énergie cinétique perdue par les électrons traversant les vapeurs est toujours la même.
1924 : Louis de Broglie postule la dualité onde-corpuscule.
1926 : Schrödinger modélise l'électron comme une onde, l'électron dans l'atome n'est donc plus une boule mais un
« nuage » qui entoure le noyau ; ce modèle, contrairement aux autres, est stable car l'électron ne perd pas
d'énergie.
Questions :
1) Expliquer comment les modèles évoluent au cours de l’histoire :
 passage du modèle de Thomson à celui de Rutherford ;
 passage du modèle de Rutherford à celui de Bohr.
2) Pourquoi, selon vous, utilise-t-on encore des modèles « anciens » ou partiellement faux ?
Joindre par une flèche les éléments correspondants :
 de la colonne de droite qui décrit les modèles ;
 avec ceux de la colonne de gauche qui donne les auteurs de ces modèles.

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PHYSIQUE
N°
Description du modèle
auteur
1
L'eau, la terre, l'air et le feu sont
les 4 éléments constituant la
matière.
Thomson
2
La matière est constituée de
petites parties "qu'on ne peut
pas diviser".
Bohr
3
L'atome ressemble à un
pudding
Aristote
4
L'atome est constitué d'un
noyau positif, d'électrons
négatifs et de beaucoup de vide
Démocrite
5
Les électrons gravitent autour
du noyau sur des orbites bien
précises
Le modèle
actuel :
Schrödinger
6
On peut voir une image des
atomes
Rutherford