Cahier de texte PCSI3 2016-2017

Cahier de texte PCSI3 2016-2017
Lundi 05 septembre 2016
Pas d’activité expérimentale

8h-10h
Chapitre 0.
Analyse dimensionnelle
1. Dimension d’une grandeur physique
2. Dimensions de base
3. Equation aux dimensions
4. Homogénéité d’une expression
Unités SI
1.
2.
Unité SI
Unité secondaires
Présentation d’un résultat numérique
1.
2.
Notation scientifique
chiffres significatifs
Données complémentaires (lettres grecques, constantes fondamentales)
TD0. Questions 1 à 13.
Documents distribués
TD0
Cours 0
Notion d’incertitudes
TD incertitudes
Mémo incertitudes

10h-12h (en demi classe)
Notions d’incertitudes (cours)
1. Vocabulaire
2. Notion d’erreur
2.1. Exemple
2.2. Erreurs systématique et aléatoire
3. Présentation d’un résultat
4. Incertitude de type A
5. Incertitude de type B
6. Incertitude élargie
7. Propagation des incertitudes
8. Bilan
TD. Exercices 1, 3 et 4 (évaluation d’incertitudes sur des exemples que l’on rencontrera en TP)
Mardi 6 septembre 2016

8h-10h
Chapitre 1. Oscillateur harmonique à un degré de liberté
Pourquoi ?
1. L’oscillateur
1.1 Système étudié
1.2 Etude qualitative du mouvement et construction de la force de rappel du ressort
1.3 Mise en équation du mouvement
2. Résolution de l’équation différentielle
2.1 Résolution mathématique
a. Solution particulière
b. Solution sans second membre / homogène
c. Solution totale
2.2.
Solution finale grâce aux conditions initiales
2.3.
Mise sous forme canonique (écart à la position d’équilibre)
2.4.
Caractéristiques du mouvement
Documents distribués
TD1
Figures de cours
Capacités exigibles du chapitre
Fiches : Trigonométrie, Dérivation, Rappels de géométrie

13h-14h et 14h-15h
Chapitre 1. Oscillateur harmonique à un degré de liberté
2.4.
Caractéristiques du mouvement
Influence du déphasage
3. Aspects énergétiques
3.1. Energie potentielle élastique
3.2. Bilan mécanique sur le système étudié
a. Energie potentielle élastique
b. Energie cinétique
c. Energie mécanique
Bilan
TD0. Questions 14 à 20
Travail à faire pour le 7/09/2016 : préparer TD1 (ex 1 et 2)
Mercredi 7 septembre 2016

TD1. Oscillateur harmonique.
Exercice 1. Questions de cours + représentation de signaux harmoniques
Exercice 2. Oscillateur vertical
Exercice 2bis. Oscillateur sur un support en pente
Exercice 3. Masse entre 2 ressorts (début)
Documents distribués
Activité expérimentale 1 (énoncé, annexe)
Correction sur la représentation de signaux harmoniques (effet du déphasage)
Fiche « Trame générale de résolution d’exercice en physique »
A faire pour le 11/09/2016
Exercices 3 et 4 TD1
Lire énoncé de TP
Lundi 12 septembre 2016



8h-12h
Activité expérimentale 1. Groupe 1
Prise en main des instruments d’électronique (GBF, oscilloscope)
Mesure de résistances
Introduction à la notion de modélisation
Premiers calculs d’incertitudes (résistance, tension, courant, épaisseur du trait de l’oscilloscope)
13h-15h
TD1. Oscillateur harmonique.
Exercice 3. Fin
Chapitre 2. Propagation d’un signal
1. Qu’est-ce qu’un signal ?
1.1. Exemples de signaux en physique
1.2. Caractéristiques d’un signal
1.3. Ordres de grandeurs
2. Propagation d’un signal
2.1. Modèle de l’onde progressive
a. Description spatiale
b. Description temporelle
2.2. Onde progressive harmonique
Documents distribués
-
TD2. Propagation d’un signal
Figures de cours
Compétences exigibles
Annexe de cours. Timbre et hauteur d’un son
Travail à faire pour le 14/09/2016
-
Exercices 1, 2, 3 (TD2)
Mardi 13 septembre 2016


8h-10h
Chapitre 2. Propagation d’un signal
3. Ondes stationnaires
3.1. Mise en évidence (expérimentale avec la corde de Melde + animation avec deux OPH se
propageant en sens inverse)
3.2. Construction de l’onde stationnaire
3.3. Corde entre 2 points fixes. Notion de mode propre.
13h-14h et 14h-15h
TD1. Oscillateur harmonique.
Exercice 5. Oscillateur avec glissement le long d’un rail (Approches PFD et énergétique)
TD2. Propagation d’un signal.
Exercice 1. Questions de cours début
Mercredi 14 septembre 2016

TD2. Propagation d’un signal
Exercice 1. Questions de cours (fin)
Exercice 2. Calculs de la valeur moyenne de t->cos(ωt), t->sin(ωt), t->Acos(ωt+φ), t->cos²(ωt) et t>sin²(ωt)
Exercice 3. Détermination de la vitesse du son à partir d’enregistrements expérimentaux avec
microphones.
Exercice 4. Son émis par un tuyau d’orgue (Ondes stationnaires, conditions aux limites, nœuds,
ventres)
Travail à faire pour le 21/09/2016
-
Exercice 5 et 6 du TD2
Lundi 19 septembre 2016

8h-12h
Activité expérimentale 1. Groupe 2
Prise en main des instruments d’électronique (GBF, oscilloscope)
Mesure de résistances
Introduction à la notion de modélisation
Premiers calculs d’incertitudes (résistance, tension, courant, épaisseur du trait de l’oscilloscope)
Mardi 20 septembre 2016

8h-10h
Chapitre 3. Superposition d’ondes. Interférences et battements
1. Contexte
1.1. Mise en évidence du phénomène d’interférences sur différents signaux
1.2. Hypothèses de l’interférométrie à 2 ondes
2. Généralités sur la sommation de signaux
2.1. Représentation de vecteurs de Fresnel
2.2. Sommation de 2 vecteurs de Fresnel
2.3. Sommation analytique (trigonométrie)
3. Interférences
3.1. Notion d’interférences
Déphasage, différence de marche, conditions d’interférences constructives/destructives sur ϕ
ou δ
3.2. Notions de franges d’interférences
4. Phénomènes de battements
4.1. Battements de 2 signaux de fréquences proches
4.2. Interprétation avec les vecteurs de Fresnel
-

Documents distribués
o TD3
o Capacités exigibles
o Figures de cours
o Devoir maison 1 à rendre pour le mardi 04/10
13h-14h et 14h-15h
TD2. Propagation d’un signal
Exercice 5. Modes propres dans une corde de guitare
Exercice 6. Corde de Melde (début)
-
Travail à faire pour le 21/09 : terminer exercice 6 TD2
Mercredi 21 septembre 2016


14h-16h
TD2. Propagation d’un signal
Exercice 6. Corde de Melde (fin)
TD3. Superposition de signaux
1. Questions de cours
2. Interférences d’ondes sonores par écho (calcul du signal résultant de la superposition +
caractérisation direct des interférences avec la différence de marche)
-

Travail à faire pour le 26/09 :
Exercices 4 et 5 TD3
16h-17h
Séance de préparation au DS1
Documents distribués : erreurs à éviter, conseils de rédaction, extrait DS1 2015
Jeudi 22 septembre 2016

Séance de préparation au DS1
Documents distribués : erreurs à éviter, conseils de rédaction, extrait DS1 2015
Lundi 26 septembre 2016



8h-12h
Activité expérimentale 2. Groupe 1
Mesure de la vitesse d’ondes ultra-sonores
o mesure de longueurs d’ondes (par mesures de déphasage)
o détermination de c
o calculs d’incertitudes (protocole, instrument et statistique)
o recherches notices constructeurs (incertitudes)
o mesure de c avec un signal carré (mesure d’un retard), protocole à définir
o battements : obtention des battements avec deux émetteurs US de fréquences voisines
et caractérisation : analyse de Fourier du signal
13h-15h
TD3. Superposition de signaux
Exercice 4. Battements. Détermination des fréquences qui constituent un signal de battements
Exercice 5. Interférences vs Ondes stationnaires (calcul complet + caractérisation direct par la
différence de marche)
Chapitre4. Optique géométrique 1. Les bases, modélisation de la lumière.
1. Contexte
1.1. Introduction (les différentes façons de modéliser la lumière)
1.2. Les différentes sources de lumière
a. Lampe spectrale
b. Laser
c. Lampe à incandescence
1.3. Milieux de propagation
a. Propriétés des milieux
b. Indice optique d’un milieu
c. Effet d’une interface sur la longueur d’onde
1.4. Phénomène de diffraction
Mardi 27 septembre 2016



8h-10h
Chapitre4. Optique géométrique 1. Les bases, modélisation de la lumière.
2. Approximation de l’optique géométrique
2.1. Notion de rayon lumineux
2.2. Propriétés des rayons lumineux
3. Changement de milieux
3.1. Définitions
Dioptre, rayons incident, réfléchi, réfracté, plan d’incidence
3.2. Lois de Snell-Descartes
3.3. Conséquences et limitations
a. Pour la réfraction
b. Réflexion totale
TD4. Optique géométrique 1. Les bases, modélisation de la lumière.
Exercice 1 : Questions de cours
13h-14h et 14h-15h
TD4. Optique géométrique 1. Les bases, modélisation de la lumière.
Exercice 2. Hauteurs apparentes (milieu peu réfringent vers milieu plus réfringent et réciproque, cas
des petits angles + généralisation aux grands angles)
Exercice 4. Fibre optique (début)
-
Travail à faire pour le 28/09
Exercice 4. Fibre Optique
Mercredi 28 septembre 2016

TD4. Optique géométrique 1. Les bases, modélisation de la lumière.
Exercice 4. Fibre Optique. Condition de guidage, ouverture numérique, bande passante.

Chapitre5. Optique géométrique 2. Lentilles minces et miroirs plans.
Introduction
1. Définitions générales
Axe optique + conventions algébriques
Objet (étendu, ponctuel)
Image
Nature d’un objet
Documents distribués
-
Capacités exigibles chapitres 5 et 6
TD5
Etude d’un doublet
Fiche « stigmatisme » (miroir plan et dioptre plan)
Lundi 03 octobre 2016

8h-12h
Activité expérimentale 2. Groupe 2
Mesure de la vitesse d’ondes ultra-sonores
o mesure de longueurs d’ondes (par mesures de déphasage)
o détermination de c
o calculs d’incertitudes (protocole, instrument et statistique)
o recherches notices constructeurs (incertitudes)
o mesure de c avec un signal carré (mesure d’un retard), protocole à définir
o battements : obtention des battements avec deux émetteurs US de fréquences voisines
et caractérisation : analyse de Fourier du signal
Mardi 04 octobre 2016


8h-10h
Chapitre5. Optique géométrique 2. Lentilles minces et miroirs plans.
Introduction
1. Définitions générales
Nature d’une image
Stigmatisme (rigoureux, approché)
Aplanétisme
Conditions de Gauss
2. Miroir plan
2.1. Construction d’images
2.2. Propriétés du miroir plan
3. Lentilles minces
3.1. Les différentes natures de lentilles (justification qualitative avec Snell-Descartes)
a. Lentille convergente
b. Lentille divergente
3.2. Points (ou plans) remarquables
Centre optique
Foyers objet/image
Plans focaux objet/image
13h-14h et 13h-14h
Chapitre5. Optique géométrique 2. Lentilles minces et miroirs plans.
3.3. Construction d’images
a. Images d’objets
b. Images de rayons
3.4. Relation de conjugaison (non démontrées)
a. Descartes
b. Grandissement transverse
c. Newton
Mercredi 05 octobre 2016

TD5. Optique géométrique 2. Lentilles minces et miroirs plans.
Exercice 1. Cours. Tracés (images d’objets, image de rayon) + caractérisation des images
Exercice 3. Taille d’une image par une lentille convergente
Exercice 4. Projecteur de diapositives (condition D > 4f’ et grandissement associé)
-
Travail à faire (pour le 10/10/2016)
Exercices ( et 7 TD5
Lundi 10 octobre 2016



8h-12h
Activité expérimentale 3. Groupe 1
activité 1 (2h): corde de Melde
linéarité de la fréquence propre vs indice du mode propre n
démonstration expérimentale de la loi c²=T/µ
activité 2 (2h): interférences d’ondes sonores
démarche d’investigation expérimentale. Imaginer un protocole permettant de visualiser
des interférences d’ondes sonores et en extraire la célérité du son dans l’air.
13h-15h
TD5. Optique géométrique 2. Lentilles minces et miroirs plans.
Exercice 4. Loupe. Grossissement commercial
Exercice 5. Appareil photographique
Exercice 2. Miroir plan
Interrogation écrite 40min
(Cours + relation de Snell-Descartes + lentille convergente (loupe))
Mardi 11 octobre 2016

8h-10h
Chapitre6. Optique géométrique 3. Associations de lentilles minces
Introduction
1. L’œil
1.1. Description
Fonctionnement, modélisation
1.2. Défauts de vision (normal, hypermétropie, myopie) + Animation Tulloue
Accommodation, punctum proximum et remotum
1.3. Vergence équivalente d’une association de lentilles minces
(systèmes minces et épais (HP))
1.4. Correction des défauts de visions
2. Lunettes
Cahier des charges : système afocal
2.1. Lunette astronomique
Schéma + grossissement
2.2. Lunette de Galilée (terrestre
Schéma + grossissement
-
Documents distribués
o TD6


13h-14h et 14h-15h
TD5. Optique géométrique 2. Lentilles minces et miroirs plans.
Exercice 6. Rétroprojecteur : association lentille Cv + miroir plan
Chapitre6. Optique géométrique 3. Associations de lentilles minces
3. Microscope
Cahier des charges + schéma + grossissement
Mercredi 13 octobre 2016

TD6. Optique géométrique 3. Associations de lentilles minces
Exercice 1. Téléobjectif d’un appareil photo. Intérêt d’ajouter une lentille divergente pour diminuer
l’encombrement
Exercice 2. Microscope
Exercice 3. Résolution de problème sur la lunette de Galilée. Deux oiseaux sont-ils dissociables ?
-

Travail à faire pour le 19/10/2016
Exercice 4. Viseur
16h-17h
Séance de préparation au DS2
DS2 2015 + Correction
Lundi 16 octobre 2016

8h-12h
Activité expérimentale 3. Groupe 2
activité 1 (2h): corde de Melde
linéarité de la fréquence propre vs indice du mode propre n
démonstration expérimentale de la loi c²=T/µ
activité 2 (2h): interférences d’ondes sonores
démarche d’investigation expérimentale. Imaginer un protocole permettant de visualiser
des interférences d’ondes sonores et en extraire la célérité du son dans l’air.
Mardi 17 octobre 2016

o
8h-10h
Chapitre7. Introduction à la mécanique quantique
Introduction
1. Pourquoi la mécanique quantique ?
1.1. Les différentes observations expérimentales
a. Le spectre du rayonnement du corps noir
b. Les spectres de raies
c. L’effet photoélectrique
2. Dualité onde corpuscule
2.1. Pour la lumière
2.2. Pour la matière
Documents distribués
TD7
Capacités exigibles
Figures de cours
Fiche sur « une » explication qualitative des incertitudes de Heisenberg

13h-14h et 14h-15h
TD6. Optique géométrique 3. Associations de lentilles minces
Exercice 4. Œil myope, viseur, observation avec œil myope puis œil emmétrope.
Mercredi 18 octobre 2016

TD6. Optique géométrique 3. Associations de lentilles minces
Exercice 4. Œil myope, viseur, observation avec œil myope puis œil emmétrope. Fin
Exercice supplémentaire : Etude d’un doublet. Détermination des foyers équivalents (graphiquement
et par le calcul)

Chapitre7. Introduction à la mécanique quantique
2. Dualité onde corpuscule
2.2. Pour la matière
3. Fonction d’onde
3.1. Amplitude de probabilité
3.2. Equation de Schrödinger
o Documents distribués :
Devoir maison 2 : Prisme + Analyse documentaire sur l’appareil photographique
Activité expérimentale 4
Retour du devoir maison 1
Lundi 07 novembre 2016


8h-12h
Activité expérimentale 4. Groupe 1.
o Focométrie des lentilles minces
approche qualitative, formation d’une image
lentilles convergentes : autocollimation, Bessel, Silbermann
lentilles divergentes : lentilles accolées, Badal
13h-15h
Chapitre7. Introduction à la mécanique quantique
3.3. Inégalités de Heisenberg
Interprétation avec expérience de diffraction
4. Confinement d’un système quantique
4.1. Contexte
4.2. Puits quantique harmonique (énergie de point zéro)
4.3. Confinement dans un puits rectangulaire
Ex : particule macroscopique (grain de poussière) dans un tel puits
-
Retour Devoir surveillé 2 + activité expérimentale 3
Mardi 08 novembre 2016

8h-10h puis 13h-14h et 14h-15h en demi classe
TD7. Introduction à la mécanique quantique
Exercice 1. Cours (Dualité onde corpuscule, Inégalité de Heisenberg, caractère quantique ou non de
différents objets)
Exercice 2. MEB. Intérêt d’utiliser des électrons comparés au rayonnement visible pour éclairer de
petits objets.
Exercice 3. Inégalité de Heisenberg. Conséquences sur des objets quantiques et classiques
Exercice 4. Couleur rouge de la tomate. Délocalisation des électrons pi dans un puits rectangulaire.
Exercice 5. Puits harmonique quantique. Notion de valeur moyenne en MQ.
Mercredi 09 novembre 2016

-
Chapitre 8. Introduction à l’électrocinétique – Régime continu
Introduction
1. Les différentes grandeurs de l’électrocinétique
1.1. La charge électrique
1.2. Le courant électrique
1.3. La tension électrique
1.4. La Puissance électrique
1.5. Validité de l’ARQS
2. Les dipôles électrocinétique
2.1. Caractérisation d’un dipôle
2.2. Classification d’un dipôle
a. Actif vs Passif
b. Linéaire vs Non linéaire
c. Récepteur vs générateur (+conventions)
documents distribués :
o capacités exigibles
o TD8
o Fiche « Compléments de cours »
Lundi 14 novembre 2016

8h-12h
Activité expérimentale 4. Groupe 2.
o Focométrie des lentilles minces
approche qualitative, formation d’une image
lentilles convergentes : autocollimation, Bessel, Silbermann
lentilles divergentes : lentilles accolées, Badal
Mardi 15 novembre 2016
8h-10h
 Chapitre 8. Introduction à l’électrocinétique – Régime continu
2.3. Exemples de dipoles
a. le résistor
b. le générateur électrique (réel, Modèle Thevenin, Norton (HP) et sources idéales)
2.4. Associations de dipôles
a. Résistors en série
Diviseur de tension
b.
c.
3.
-
Résistors en parallèle
Diviseur de courant
Point de fonctionnement
2.5. Loi de Millmann
Aspects énergétiques
3.1. Echange de puissances (bilan)
3.2. Effet Joule
3.3. Rendement énergétique
documents distribués :
Devoir maison 3 (analyses documentaires en mécanique quantique (effet photoélectrique et ondes
de matière)) à rendre pour le mardi 29 novembre.

13h-14h et 14h-15h
TD8. Introduction à l’électrocinétique – Régime continu
Question de cours
Mercredi 16 novembre 2016

-
TD8. Introduction à l’électrocinétique – Régime continu
Question de cours (fin)
Exercice 2. Résistances d’entrée/sortie. Protocoles expérimentaux pour les déterminer.
Exercice 3. Diode. Fonctionnement, caractéristique, point de fonctionnement dans un circuit.
Exercice 4. Applications directes des diviseurs de courant et tension
document distribué
Activité expérimentale 5. Lunette, viseur, collimateur.
à faire pour le lundi 21/11
Terminer le TD8
Lundi 21 novembre 2016


8h-12h
Activité expérimentale 5. Groupe 1.
o Lunette artisanale + œil réduit
o Lunette commerciale
o Collimateur
o Viseur
o Détermination de la distance focale d’une lentille convergente par visée
o Détermination de la distance focale d’une lentille divergente par visée d’images virtuelles
o Epaisseur d’une lame de verre
o Grossissement d’une lunette artisanale
13h-15h
TD8. Introduction à l’électrocinétique – Régime continu
Exercice 5. Corps humain. Modélisation. Danger des tensions domestiques
Exercice 6. Equilibre d’un pont de Wheatstone.
Exercice 7. Rendement d’un montage potentiométrique

Chapitre 9. Circuits linéaires du premier ordre, régime libre et échelon de tension
Introduction
1. Les dipôles en régime variable
1.1. Le résistor
1.2. Le condensateur
a. Description
b. Symbole
c. Unité
d. Ordre de grandeur
e. Relation courant tension
f. Aspects énergétiques
g. Associations de condensateurs
(i)
série
(ii)
parallèle
-
Documents distribués
TD9
Figures de cours chapitre 9
Capacités exigibles du chapitre
Mardi 22 novembre 2016


8h-10h
Chapitre 9. Circuits linéaires du premier ordre, régime libre et échelon de tension
1.3. La bobine
idem
2. Régime libre d’un RC série
2.1. Etablissement de l’équation différentielle
2.2. Portrait de phase
2.3. Résolution analytique et représentation graphique
2.4. Conservation de l’énergie
3. Echelon de tension dans un RC série
3.1. Equation différentielle
3.2. Portrait de phase
13h-15h
TD8. Introduction à l’électrocinétique – Régime continu
Exercice supplémentaires
Résistances équivalentes, diviseurs de tension et diviseurs de courant.
Mercredi 23 novembre 2016

Chapitre 9. Circuits linéaires du premier ordre, régime libre et échelon de tension
3.3. Résolution analytique et représentation graphique

TD9. Circuits linéaires du premier ordre, régime libre et échelon de tension
Exercice 1. Réponse indicielle d’un RC série avec τ >> T et τ << T
Exercice 2. Etablissement du courant dans un RL série + étude énergétique.
Travail à faire pour le 29/11
Exercices 3, 4, 5, 6.
Lundi 28 novembre 2016



8h-12h
Activité expérimentale 5. Groupe 2.
o Lunette artisanale + œil réduit
o Lunette commerciale
o Collimateur
o Viseur
o Détermination de la distance focale d’une lentille convergente par visée
o Détermination de la distance focale d’une lentille divergente par visée d’images virtuelles
o Epaisseur d’une lame de verre
o Grossissement d’une lunette artisanale
13h-15h
TD9. Circuits linéaires du premier ordre, régime libre et échelon de tension
Exercice 3. Circuit RC avec un condensateur réel (comprenant une résistance de fuite + Aspect
énergétique
Exercice 4. Portrait de phase de plusieurs charges d’un condensateur successives + décharge +
représentation temporelle + réflexion sur les allures correspondantes avec un condensateur réel.
Chapitre 10. Oscillateurs amortis (régime libre ou échelon de tension). Circuits linéaires du 2 ème ordre
Introduction
1. Equation différentielle linéaire du 2nd ordre
1.1. Résolution mathématique
Solutions selon valeur du discriminant de l’équation caractéristique
1.2. Propriétés de la solution
Mardi 29 novembre 2016

8h-12h
Chapitre 10. Oscillateurs amortis (régime libre ou échelon de tension). Circuits linéaires du 2 ème ordre
2. RLC série en régime libre
2.1. Mise en équation
a. Présentation générale
b. Etablissement de l’équation différentielle
c. Mise sous forme canonique
2.2. Les différents régimes transitoires
a. Régime apériodique Q < ½
résolution équa. diff. avec CI quelconques + durée du régime transitoire
b. Régime critique Q = ½
c.

résolution équa. diff. avec CI quelconques + durée du régime transitoire
Régime pseudo-périodique Q > ½
résolution équa. diff. avec CI quelconques + durée du régime transitoire
Pseudo-pulsation et pseudo-période, remarques sur le contenu physique de Q
13h-14h et 14h-15h
TD9. Circuits linéaires du premier ordre, régime libre et échelon de tension
Exercice 5. Répartition de charges dans un circuit {C+C+R}. (Conservation de la charge électrique)
Mercredi 30 novembre 2016

Chapitre 10. Oscillateurs amortis (régime libre ou échelon de tension). Circuits linéaires du 2ème ordre
2.2. RLC série soumis à un échelon de tension E0
2.3. Aspect énergétique (retrouver l’équation différentielle par un aspect énergétique)
3. Portait de phase
 système non oscillant
 système oscillant non amorti (oscillateur harmonique), trajectoire de phase = ellipse
 système (oscillant) amorti
a. Régime pseudo-périodique
b. Régime apériodique
(retrouver qualitativement le portrait de phase avec la représentation temporelle et
réciproquement)
4. Analogie électromécanique

TD9. Circuits linéaires du premier ordre, régime libre et échelon de tension
Exercice 6. Génération d’un flash. Utilisation de la continuité de Uc et discontinuité de i.
Documents distribués
-
TD10
Figures de cours chapitre 10
Capacités exigibles chapitres 10, 11, 12
Enoncé de l’activité expérimentale 6 + annexes
Fiches bilan sur les chapitres 8, 9 et 10
Travail demandé pour le 06/12
Exercices 1,2,3 du TD10
Lundi 05 décembre 2016

8h-12h
Activité expérimentale 6. Groupe 1.
Diffraction – 2h
Figures de diffraction par fentes/fil d’un jeton constructeur. Comparaison avec les valeurs constructeur.
Théorème de Babinet. Courbe d’étalonnage pour retrouver la largeur d’une fente inconnue.
Polarisation, Loi de Malus – 2h
Notion de polarisation rectiligne d’une onde. Analyse qualitative
Montage Polariseur + analyseur pour retrouver la loi de Malus. Analyse de l’écart au modèle.
Mardi 06 décembre 2016


8h-10h
TD10. Régimes transitoires du second ordre
Exercice 1. RLC série. Décrément logarithmique. Détermination du facteur de qualité, de la pulsation
propre et enfin de l’inductance.
Exercice 2. Comparaison des différents régimes transitoires sur les évolutions temporelles. Analyse des
conditions initiales + régime permanent.
Exercice 3. Tracé d’une évolution temporelle à partir du portrait de phase.
13h-14h
TD10. Régimes transitoires du second ordre
Exercice 4. LC série. Bilan énergétique.
Exercice 5. Début.
Mercredi 07 décembre 2016

TD10. Régimes transitoires du second ordre
Exercice 5. Interprétation énergétique du facteur de qualité dans un RLC série. Bilan énergétique.
Comparaison avec LC série, effet de la dissipation par R.
Exercice 6. Détermination de courants et tensions en 0+ par continuité dans RLC parallèle.
Lundi 12 décembre 2016

8h-12h
Activité expérimentale 6. Groupe 2.
Diffraction – 2h
Figures de diffraction par fentes/fil d’un jeton constructeur. Comparaison avec les valeurs constructeur.
Théorème de Babinet. Courbe d’étalonnage pour retrouver la largeur d’une fente inconnue.
Polarisation, Loi de Malus – 2h
Notion de polarisation rectiligne d’une onde. Analyse qualitative
Montage Polariseur + analyseur pour retrouver la loi de Malus. Analyse de l’écart au modèle.
Mardi 13 décembre 2016

Cours chapitre 11 – Notations complexes pour la résolution d’équation différentielles linéaires d’ordre
2 en régime sinusoïdal forcé
1. Introduction
2. Electricité et nombre complexes
2.1. Rappels sur les complexes
2.2. Applications aux signaux sinusoïdaux (écriture d’un signal, définition module, déphasage,
dérivation/intégration en complexes)
2.3. Impédances et admittances complexes
a. Impédances des différents dipôles
b. Associations de dipôles
2.4. Représentation de Fresnel
Mercredi 14 décembre 2016

Cours chapitre 12 – Régime sinusoïdal forcé et notions de résonance
Introduction
1. Résonance en intensité dans un circuit RLC série
1.1. Calcul de l’intensité complexe
a. Système étudié
b. Résolution
c. Mise sous forme canonique
1.2. Résonance en intensité (module du courant complexe)
1.3. Bande passante et influence du facteur de qualité
1.4. Déphasage du courant
-
Documents distribués :
o Figures chapitre 12
o TD chapitre 12
o Devoir maison n°4 (à rendre pour 03/01/2017)
Mardi 03 janvier 2017



8h-10h
Cours chapitre 12 – Régime sinusoïdal forcé et notions de résonance
2. Résonance en tension aux bornes du condensateur dans un RLC série
2.1. Calcul de la tension complexe
2.2. Résonance en tension
2.3. Etude de la phase
3. Bilan. Résonance en intensité vs résonance en tension
TD12. Régime sinusoïdal forcé et notions de résonance
Exercice 1. Lecture graphique pour une résonance en intensité. Pulsation de résonance et facteur de
qualité grâce à la bande passante
Exercice 2. Présentation
13h-14 et 14h-15h
TD12. Régime sinusoïdal forcé et notions de résonance
Exercice 2. Détermination des paramètres d’un RLC série. Résultats théoriques sur la résonance en
intensité et lectures de courbes (amplitude et déphasage) pour déterminer les paramètres du circuit
(pulsation de résonance, facteur de qualité, R, L et C). Introduction à la notion de valeur efficace
mesurée par ampèremètre.
-
retour du devoir maison n°4
distribution du corrigé
Mercredi 04 janvier 2017

TD12. Régime sinusoïdal forcé et notions de résonance
Exercice 2. Fin
Exercice 3. Résonance en élongation d’une masse accrochée à un ressort. Analogie avec la résonance
en tension aux bornes du condensateur dans un RLC série.

Cours. Chapitre 13. Filtrage analogique d’un signal
Introduction
1. Généralités sur le filtrage en électronique
1.1. Notion de filtrage
1.2. Définitions
a. Fonction de transfert
b. Gain
c. Gain en décibel
o
travail demandé
exercices 4 et 7 du TD12
documents distribués
capacités exigibles (chapitres 13 et 14)
figures de cours chapitre 13
Compléments chapitre 13
o
Lundi 09 janvier 2017
Evaluations de TP d’optique
-
Passage 1h seul(e) à la paillasse sur 10 sujets possible (Malus, diffractions, punctum proximum,
punctum remotum, focométrie lentille CV, focométrie avec viseur, grossissement lunette
artisanale, indice d’une lame de verre par visée, grandissement)
Mardi 10 janvier 2017

8h-10h
Cours chapitre 13. Filtrage analogique d’un signal.
1.2. Définitions
d. Déphasage entre Us et Ue
e. Pulsation de coupure
f. Bande passante à -3dB
1.3. Nature du filtre
1.4. Ordre du filtre + remarque sur la linéarité
2. Filtrage du 1er ordre
2.1. Reconnaissance qualitative du filtre
2.2. Filtre passe bas
a. Fonction de transfert
b. Gains
c.
d.
3.

Pulsation de coupure
Diagrammes de Bode
(i)
En gain
(ii)
En phase
2.3. Filtre passe haut
a. Fonction de transfert
b. Gains
c. Pulsation de coupure
d. Diagrammes de Bode
(i)
En gain
(ii)
En phase
Filtrage du 2ème ordre
3.1. Passe bas d’ordre 2
a. Analyse qualitative
b. Fonction de transfert
13h-14h et 14h-15h
TD12. Régime sinusoïdal forcé et notions de résonance
Exercice 4. Modélisation de l’entrée d’un oscilloscope (utilisation d’un PC pour tracer analytiquement
une fonction et en déduire la valeur d’une capacité)
Exercice 7. Résolution de problème sur la suspension d’une voiture.
Mise en place de la réflexion. Situation du problème et mise en équation (début)
Mercredi 11 janvier 2017

Cours chapitre 13. Filtrage analogique d’un signal.
3.1. Passe bas d’ordre 2
c. Gains
d. Résonance en tension
e. diagrammes de Bode
(i)
En gain
(ii)
En phase
3.2. Passe bande d’ordre 2
a.
Analyse qualitative
b.
Fonction de transfert
c.
Gains
d.
Résonance en tension
e.
diagrammes de Bode
(iii)
En gain
(iv)
En phase

TD12. Régime sinusoïdal forcé et notions de résonance
Exercice 7. Résolution de problème sur la suspension d’une voiture.
Mise en équation. Etude numérique de la fonction de transfert (tracée par ordinateur) et conclusion.

Cours Chapitre 14. Filtrage d’un signal périodique
Introduction
1. Description d’un signal périodique
1.1. Décomposition harmonique
Lundi 15 janvier 2017

o
o
o
Activité expérimentale 7 – Electricité 1 – Régime continu
Mesure de la résistance de sortie du GBF
Mesure de la résistance d’entrée de l’oscilloscope + Visualisation de l’effet capacitif
Caractérisation de la diode
Caractéristique (oscilloscope en XY et acquisition en mode différentiel)
Problème de masse
Transformateur d’isolement
Détermination du point de fonctionnement

Cours Chapitre 14. Filtrage d’un signal périodique
1.2. Représentation spectrale
1.3. Intérêt de la représentation spectrale
1.4. Valeur moyenne
1.5. Valeur efficace
2. Filtrage d’un signal périodique
2.1. Hypothèse de linéarité
2.2. Exemples qualitatifs de filtrage et effets sur le signal temporel
a. Passe-haut idéal
b. Passe-bas idéal
c. Passe-bande idéal
Mardi 16 janvier 2017

TD13-14. Filtrage d’un signal périodique
Exercice 1. Calculs de valeurs moyennes et efficaces (dont certaines à retenir)
Exercice 2. Intégrateur, Dérivateur, Moyenneur (à retenir)
Mercredi 17 janvier 2017

Cours Chapitre 14. Filtrage d’un signal périodique
3. Construction d’un filtre
3.1. Notion de gabarit
3.2. Gabarit d’un filtre passe-bas, exemple
3.3. Association de filtres en cascade

TD13-14. Filtrage d’un signal périodique
Exercice 3. Effet de la fonction de transfert sur le signal temporel.
Exercice 4. Lecture graphique sur un diagramme de Bode (utilisation de l’échelle log)

Cours Chapitre 15. Cinématique du point matériel
Introduction
1. Rappels de géométrie
1.1. Produit scalaire
1.2. Projections de vecteurs
o
Documents distribués
Figures de cours
TD15
Capacités exigibles
Profils de compétences expérimentales individuelles
Vendredi 20 janvier 2017

Cours Chapitre 15. Cinématique du point matériel
2. Notion de référentiel
2.1. Approche intuitive
2.2. Définition
3. Systèmes de coordonnées
3.1. Coordonnées cartésiennes
Déplacement élémentaire
3.2. Coordonnées cylindriques
Déplacement élémentaire (construction géométrique + différenciation du vecteur position)
Coordonnées polaires définies
3.2. Coordonnées sphériques (simplement données, aucune démonstration)
Lundi 22 janvier 2017

o
o
o
Activité expérimentale 7 – Electricité 1 – Régime continu
Mesure de la résistance de sortie du GBF
Mesure de la résistance d’entrée de l’oscilloscope + Visualisation de l’effet capacitif
Caractérisation de la diode
Caractéristique (oscilloscope en XY et acquisition en mode différentiel)
Problème de masse
Transformateur d’isolement
Détermination du point de fonctionnement
Mardi 23 janvier 2017



8h-10h
Cours Chapitre 15. Cinématique du point matériel
4. Vitesse d’un point matériel
4.1. Définition
4.2. En coordonnées cartésiennes
4.3. En coordonnées cylindriques
5. Accélération d’un point matériel
5.1. Définition
5.2. En coordonnées cartésiennes
5.3. En coordonnées cylindriques
6. Exemples de mouvements simples
6.1. Mouvement non accéléré
6.2. Mouvement uniformément accéléré
6.3. Mouvement circulaire
13h-14h et 14h-15h
TD13-14. Filtrage d’un signal périodique
Exploitation graphique d’un diagramme de Bode (en amplitude). Détermination de paramètres d’une
bobine réelle (L et r) par lecture graphique (résonance et bande passante)
TD15. Cinématique du point matériel.
Exercice 1 : projections vectorielles
Exercice 2 : Transformations trigonométriques sur le cercle trigonométrique.
Mercredi 24 janvier 2017

Cours Chapitre 16. Dynamique du point matériel en référentiel galiléen
Introduction
1. Inertie d’un point matériel
1.1. Origine de l’inertie : la masse
1.2. Quantité de mouvement
1.3. Principe d’inertie (ou 1ère loi de Newton)
2. Dynamique du point matériel
2.1. Notion de forces
a. Définition
b. Additivité des forces
c. Exemples de forces
Gravitationnelle + cas du poids
Rappel d’un ressort
Frottements fluides (basses et hautes vitesses)
Frottements solides
Tension d’un fil
2.2. Principe fondamentale de la dynamique (ou 2ème loi de Newton)
3. Dynamique du point matériel
3.1. Méthodologie de résolution
3.2. Mouvement dans un champ de pesanteur uniforme
a. Sans frottements
b. Avec frottements fluides à « basse » vitesse – Résolution analytique
c. Avec frottements fluides à « haute » vitesse – Résolution numérique
du 29 janvier au 4 février 2017 : Voyage au ski



TD12. Régime sinusoïdal forcé et résonance.
Exercice 6. Résonance d’un circuit bouchon. Etude en fréquence. Détermination des paramètres de la
résonance sur le diagramme en amplitude en en phase (bande passante, facteur de qualité).
Exercice 7. RLC série avec bobine réelle. Oscillogramme à une fréquence donnée. Mesure de déphasage
et d’amplitude. Détermination des paramètres des dipôles (lien mesures expérimentales <-> théorie
(fonction de transfert)).
TD13-14. Filtrage d’un signal périodique
Exercice 6. Génération d’une tension triangulaire avec un passe-bande (circuit bouchon). Domaine
intégrateur en haute fréquence. Attention à la définition d’une fonction sous forme d’intégrale.
Exercice 7. Filtrage d’un signal redressé. Décomposition en série de Fourier et réponse d’un filtre linéaire
composante par composante. Interprétation qualitative du signal de sortie comme somme de chacune
des composantes.
Exercice 8. Gabarit d’un filtre passe bas. Mise en évidence des contraintes. Choix d’un filtre du 2 ème ordre
et dimensionnement avec les contraintes. Travail sur l’échelle log.
TD15. Cinématique du point matériel.
Exercice 5. Projection des vecteurs de la base polaire dans la base cartésienne.
Exercice 6. Analyses qualitatives et exemples
Exercice 7. Trajectoires et accélérations. Deux sources au vecteur accélération : variation de la norme
du vecteur vitesse et modification de la direction de la trajectoire. Base de Frenet.
Exercice 8. Virages. Application de l’exercice 7. A v constante, le vecteur accélération est donné par la
modification de la trajectoire.
Exercice 9. Analyse graphique de mouvements par pointage. Mouvement rectiligne uniformément
accéléré et mouvement circulaire uniforme. Constructions graphiques.
Exercice 10. Star wars. Trajectoire sinusoïdale. Détermination des équations horaires et calcul de
l’accélération maximale.
Exercice 11. Roue de vélo. Première approche de la composition des vitesses. Condition de non
glissement. Détermination des vecteurs position, vitesse et accélération. Trajectoire cycloïde.
Exercice 12. Traversée d’une rivière. Composition de vitesses. Minimisation du temps de traversée.
-
o Documents distribués
TD14 : Correction exercices 1, 2, 3, 4.
Devoir maison 5 : Exercices supplémentaires (RSF et filtrage) : à rendre le lundi 20 février.
Lundi 20 février 2017


8h-12h. Groupe 1
Activité expérimentale 9 – Electricité 2 – Régimes transitoires
o Ordre 1 – RC – Mesures de la durée du transitoires par différentes méthodes. Portrait de phase.
o Ordre 2 – RLC
régime pseudo-périodique
Visualisation
Portrait de phase
Décrément logarithmique et facteur de qualité
Aspects énergétiques
Régime apériodique et critique
13h-15h
Cours. Chapitre 16. Dynamique du point matériel.
3. Dynamique du point matériel
3.3. Pendule simple
Définition, résolution analytique en petits angles, simulations numériques en grands angles,
portraits de phase
4. Contact avec un support
4.1. Forces de contact
a. Composante normale
b. Composante tangentielle
4.2. Lois de Coulomb
5. Principe des actions réciproques
-
Retour Devoir Maison 5
Rendu Devoir surveillé 5 + commentaires
Mardi 21 février 2017

8h-10h
Cours Chapitre 17. Energétique du point matériel en référentiel galiléen
1. Travail et puissance d’une force
1.1. Travail d’une force
1.2. Puissance d’une force
2.
3.

Energie cinétique
Définition et théorème de l’énergie cinétique (et de la puissance cinétique)
Forces conservatives et énergies potentielles
3.1. Forces conservatives – Définition de l’énergie potentielle
3.2. Exemples d’énergies potentielles
a. de pesanteur (selon l’orientation de ⃗⃗⃗
𝑒𝑧 par rapport à 𝑔)
13h-14h et 14h-15h
TD16-17. Dynamique et énergétique du point matériel
Exercice 2. Travail des forces de réactions sur un support en pente
Exercice 3. Mesure de la viscosité dynamique de la glycérine par l’étude du transitoire de la vitesse de
chutes de billes (deux méthodes : durée du transitoire ou vitesse en régime permanent).
Mercredi 22 février 2017


14h-16h
Cours Chapitre 17. Energétique du point matériel en référentiel galiléen
3. Forces conservatives et énergies potentielles
3.2. Exemples d’énergies potentielles
b. élastique d’un ressort
c. gravitationnelle
3.3. Forces non conservatives
4. Energie mécanique
Définition et théorème de l’énergie mécanique (et de la puissance mécanique)
5. Notion de stabilité
5.2. Equilibre d’un point matériel
5.3. Petits mouvements autour d’un équilibre stable
5.4. Non linéarités (développement en série de Taylor de l’énergie potentielle aux ordres
supérieurs)
TD16-17. Dynamique et énergétique du point matériel
Exercice 3. Fin
Exercice 1. Début.
Documents distribués
-
corrigé DM5
Fiche « fonctions de transfert canoniques »
A faire pour le 28/02
-

Exercice 1, 4 et 6 TD16-17
16h-18h
1ère séance de TIPE
Recherche bibliographique sur les mini-projets proposés avant les vacances
Lundi 27 février 2017

8h-12h. Groupe 2
Activité expérimentale 9 – Electricité 2 – Régimes transitoires
o Ordre 1 – RC – Mesures de la durée du transitoires par différentes méthodes. Portrait de phase.
o Ordre 2 – RLC
régime pseudo-périodique
Visualisation
Portrait de phase
Décrément logarithmique et facteur de qualité
Aspects énergétiques
Régime apériodique et critique
Mardi 28 février 2017

TD16-17. Dynamique et énergétique du point matériel en référentiel galiléen
Exercice 1. Oscillateur harmonique. Energétique. Equilibre = maximum de vitesse
Exercice 4. Avalanche. Lois de Coulomb. Equilibre statique d’un bloc de neige. Angle critique d’une pente
(avec cône de frottement et PFD) et glissement.
Exercice 6. Rampe circulaire. Applications des thm de l’énergie cinétique et mécanique pour le calcul de
vitesse. Evaluation du travail des forces de frottements et calcul du coefficient de frottement
dynamique.
Mercredi 1 mars 2017


14h-16h
TD16-17. Dynamique et énergétique du point matériel en référentiel galiléen
Exercice 7. Flipper. Thm de l’énergie mécanique. Attention au calcul de l’énergie potentiel de pesanteur
pour un mouvement oblique.
Exercice 8. Lecture graphique. Calcul de la vitesse nécessaire pour franchir une barrière de potentiel.
Exercice 9. Interaction entre 2 atomes. Energie potentielle d’interaction. Contributions attractive et
répulsive.
Exercice 10. Période des petites oscillations. Formule générale de la vitesse et de la période pour un
profil d’énergie potentielle quelconque puis application au puits harmonique (profil parabolique).
-
Documents distribués
Activité expérimentale 10. Régime sinusoïdal forcé
Conseils et erreurs à éviter pour les chapitres 15-16-17.
-
A faire
Exercices 11 et 12 TD16-17.
16h-18h.
TIPE. Séance 2. 1ère séance expérimentale sur les mini-projets.
Lundi 6 mars 2017


8h-12h groupe 1
Activité expérimentale 10 – Electricité 3 – Régime sinusoïdal forcé et résonances
o Résonance en intensité dans un RLC série
Mesure de l’amplitude et du déphasage du courant, détermination de la fréquence propre et
du facteur de qualité
o Résonance en tension dans un RLC série
Mesure de l’amplitude et du déphasage de la tension aux bornes du condensateur,
détermination de la fréquence propre, de la fréquence de résonance et du facteur de qualité
o Réponses indicielle et impulsionnelle. Linéarité du circuit. Transformation de Fourier.
13h-15h
Cours Chapitre 18. Mouvement de particules chargées dans des champs électriques et magnétiques
stationnaires et uniformes.
Introduction
0. Produit vectoriel – Considérations mathématiques
Définition, propriétés géométriques, bases directes, permutations circulaires, produit mixte,
produit vectoriel de vecteurs colonnes, règle du tire-bouchon.
1. Interactions électromagnétiques
1.1. Interactions électrostatiques
a. Force d’interaction coulombienne – Loi de Coulomb
b. Champ électrique créé par une charge ponctuelle
c. Force électrique
d. Potentiel électrique et énergie potentielle électrique
1.2. Interactions magnétostatiques
a. Champ magnétique
b. Force magnétique
c. Force de Lorentz
(i) Force
(ii) Aspects énergétiques
2. Particule chargée dans un champ électrostatique uniforme
2.1.
Accélération linéaire de particules chargées
Mardi 7 mars 2017


8h-10h
Cours Chapitre 18. Mouvement de particules chargées dans des champs électriques et magnétiques
stationnaires et uniformes.
2. Particule chargée dans un champ électrostatique uniforme
2.1.
Accélération linéaire de particules chargées (𝐸⃗ //𝑣 )
2.2.
Déflexion de particules chargées (𝐸⃗ ⊥ ⃗⃗⃗⃗
𝑣0 )
3. Particule chargée dans un champ magnétostatique uniforme
Démonstration de la trajectoire circulaire en cartésiennes + détermination du rayon de la trajectoire
Résultat retrouvé en cylindriques une fois la trajectoire connue
13h-14h et 14h-15h
TD Chapitre 16-17. Dynamique et énergétique du point matériel
Exercice 12 (rebonds d’une balle + portrait de phase)

TD Chapitre 18. Mouvement de particules chargées dans des champs électriques et magnétiques
stationnaires et uniformes.
Exercice 1. Généralités sur le produit vectoriel
Mercredi 8 mars 2017



14h-16h
TD Chapitre 18. Mouvement de particules chargées dans des champs électriques et magnétiques
stationnaires et uniformes.
Exercice 2. Principe d’un oscilloscope : accélération d’un électron et déflection (TEM + PFD)
Exercice 3. Sélecteur de masse. Accélération d’un électron sous champ électrique puis déviation avec
un champ magnétique.
Cours Chapitre 19. Moment cinétique d’un point matériel
Introduction
1. Moment cinétique d’un point matériel
1.1. Définition
1.2. Moment cinétique scolaire par rapport à un axe
2. Moment d’une force
2.1. Définition
2.2. Moment scalaire d’une force par rapport à un axe
16h-18h.
TIPE. Séance 3. 2ème séance expérimentale sur les mini-projets.
Lundi 13 mars 2017

8h-12h groupe 2
Activité expérimentale 10 – Electricité 3 – Régime sinusoïdal forcé et résonances
o Résonance en intensité dans un RLC série
Mesure de l’amplitude et du déphasage du courant, détermination de la fréquence propre et
du facteur de qualité
o Résonance en tension dans un RLC série
Mesure de l’amplitude et du déphasage de la tension aux bornes du condensateur,
détermination de la fréquence propre, de la fréquence de résonance et du facteur de qualité
o Réponses indicielle et impulsionnelle. Linéarité du circuit. Transformation de Fourier.
Mardi 14 mars 2017


8h-10h
Cours Chapitre 19. Moment cinétique d’un point matériel
2. Moment d’une force
2.3. Notion de bras de levier
3. Théorème du moment cinétique
3.1. Théorème (vectoriel)
3.2. Théorème du moment cinétique scalaire autour d’un axe fixe
TD19. Moment cinétique d’un point matériel
Exercice 1. Pendule simple. Calcul de moments de forces (moments scalaire par technique directe et
moments vectoriels projetés). TMC et équation du mouvement.
Exercice 2. Effet de levier. Calculs de moments scalaires sur un solide à l’équilibre (pas de dynamique).

13h-14 et 14h-15h
TD19. Moment cinétique d’un point matériel
Exercice 3. Equilibre d’un pied de biche. Calculs de moments scalaires sur un solide à l’équilibre (pas de
dynamique). Moments des forces de réactions nuls. PFD pour connaître les forces de réaction.
Exercice 4. Equilibre d’un mât. Idem exo 3.
Mercredi 15 mars 2017

TD19. Moment cinétique d’un point matériel
Exercice 5. Oscillations d’un pendule contraint par deux ressorts horizontaux.

Cours Chapitre 20. Mouvement de solides
Introduction
1. Généralités
1.1. Centre de masse d’un système de points matériels
1.2. Quantité de mouvement d’un système de points matériels
2. Loi de la quantité de mouvement
2.1. Forces intérieures et extérieures
2.2. Loi de la quantité de mouvement
3. Moment cinétique et rotations
3.1. Moment cinétique d’un système de points matériels
3.2. Moments de forces d’un système de points matériels (forces intérieures, extérieures et notion
de couple)
3.3. Loi du moment cinétique pour les systèmes de points matériels (vectoriel et scalaire)
Document distribué :
-
fiche récapitulative sur le moment cinétique (point matériel vs solide)
Lundi 20 mars 2017


8h-12h groupe 1
Activité expérimentale 11 – Electricité 4 – Filtrage linéaire
o Diagramme de Bode d’un filtre passe-bas du 1er ordre. Réponses temporelle et spectrale à une
excitation créneau
o Diagramme de Bode d’un filtre passe-haut du 1er ordre. Réponses temporelle et spectrale à
une excitation créneau
o Diagramme de Bode d’un filtre passe-bande du 2ème ordre. Réponses temporelle et spectrale à
une excitation créneau
o Gabarit d’un filtre passe bande d’ordre 2
o Mis en cascade de deux filtres RC-CR et isolation avec un montage ALI en suiveur
o Analyse documentaire sur le dimensionnement d’une cascade RC-CR sans suiveur (simulations
numériques)
13h-15h
Cours Chapitre 20. Mouvement de solides
3. Moment cinétique et rotations
3.4. Solides en rotation autour d’un axe fixe
a. Moment cinétique scalaire d’un solide et définition du moment d’inertie
b. Théorème du moment cinétique pour un solide en rotation autour d’un axe fixe
c. Liaison pivot
4. Exemples
4.1. Pendule pesant
4.2. Pendule de torsion
5.
Aspects énergétiques
5.1. Cas générale des systèmes de points matériels
a. Energie cinétique
b. Travail
c. Puissance
d. Théorème énergétiques en référentiel galiléen
e. Energie potentielle de pesanteur
5.2. Energétique des solides
a. Energie cinétique (translation pure + rotation autour d’un axe fixe)
b. Travail
c. Puissance
d. Théorème énergétiques en référentiel galiléen
e. Energie potentielle de pesanteur
Mardi 21 mars 2017

TD20. Mouvement de solides
Exercice 1. Pendule pesant. TMC. Simulations. Lectures graphiques
Exercice 2. Chute d’une barre. TMC + approche énergétique. Grands angles. Intégration de l’équation
différentielle par multiplication par 𝜃̇. Calcul d’une force de réaction en cartésiennes.
Exercice 3. Chute d’une trappe. Equivalent exo 2. Même technique d’intégration de l’équa diff que l’exo
2.
Exercice 4. Ressort spiral. Couple de torsion. TMC + approche énergétique. Recherche des positions
d’équilibre par analyse graphique.
Mercredi 22 mars 2017

Cours Chapitre 21. Mouvement d’un point matériel dans un champ de forces centrales conservatif
Introduction
1. Forces centrales conservatives
1.1. Définition et exemples
1.2. Conséquences
a. Conservation du moment cinétique
b. Mouvement plan
c. Loi des aires et interprétation géométrique
1.3. Energie potentielle effective (interprétation graphique)
2. Cas des champs newtoniens
2.1. Nature des trajectoires possibles selon le signe de Em
2.2. Cas des trajectoires elliptiques (1ère loi de Képler, apogée, périgée et propriétés avec
conservation du moment cinétique, énergie mécanique sur l’ellipse)
Documents distribués :
-
Capacités exigibles
TD21
Fiche « ellipses »
Lundi 27 mars 2017
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8h-12h groupe 2
Activité expérimentale 11 – Electricité 4 – Filtrage linéaire
o Diagramme de Bode d’un filtre passe-bas du 1er ordre. Réponses temporelle et spectrale à une
excitation créneau
o Diagramme de Bode d’un filtre passe-haut du 1er ordre. Réponses temporelle et spectrale à
une excitation créneau
o Diagramme de Bode d’un filtre passe-bande du 2ème ordre. Réponses temporelle et spectrale à
une excitation créneau
o Gabarit d’un filtre passe bande d’ordre 2
o Mis en cascade de deux filtres RC-CR et isolation avec un montage ALI en suiveur
o Analyse documentaire sur le dimensionnement d’une cascade RC-CR sans suiveur (simulations
numériques)
Mardi 28 mars 2017
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8h-10h
Cours Chapitre 21. Mouvement d’un point matériel dans un champ de forces centrales conservatif
2.3. Cas des trajectoires circulaires
a. 1ère vitesse cosmique
b. 2ème vitesse cosmique (ou de libération)
c. Satellites géostationnaires
2.4. 3ème loi de Képler
a. Pour les trajectoires circulaires
b. Généralisation aux trajectoires elliptiques
c. Récapitulatif des lois de Képler
TD Chapitre 20. Mouvements de solides
Exercice 5. Tabouret d’inertie. Conservation du moment cinétique. Paramètre de contrôle du
moment d’inertie.
13h14h-14h15h
TD Chapitre 21. Mouvement d’un point matériel dans un champ de forces centrales conservatif
Exercice 1 : Trajectoire circulaire d’un satellite. 1ere vitesse cosmique, période d’une orbite circulaire.
Contribution de la rotation propre de la Terre à l’énergie cinétique. Lancements de satellites préférables
à l’équateur.
Mercredi 29 mars 2017
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14h-16h
TD Chapitre 21. Mouvement d’un point matériel dans un champ de forces centrales conservatif
Exercice 2. Influence du lieu de lancement. Différence d’énergie cinétique à apporter pour la mise en
orbite d’un satellite entre Kourou et Paris.
Exercice 3. Modèle de Bohr de l’atome. Quantification du moment cinétique, quantification des rayons
orbitalaires, quantifications des énergies, rayon de Bohr, énergie de Rydberg.
Exercice 4. Comète Tchouri. Orbite elliptique autour du soleil. Calcul de la vitesse sur l’ellipse, à l’aphélie,
au périhélie. Conservation du moment cinétique
Exercice 5. Analyse qualitative d’un transfert elliptique entre deux orbites circulaire. Comparaison de la
vitesse sur l’orbite circulaire basse et au périgée de l’orbite de transfert.
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16h-18h
Oraux de TIPE : présentation 10 min + 10 min questions/commentaires
Vendredi 31 mars 2017
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TD Chapitre 21. Mouvement d’un point matériel dans un champ de forces centrales conservatif
Exercice 6. Ellipse de transfert entre une orbite rasante et une orbite géostationnaire. Durée du
transfert.
Exercice 7. En route vers Mars.
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Cours Chapitre 22. Introduction à la thermodynamique
Introduction
1. Système thermodynamique
1.1. Définition
1.2. Les différentes échelles de grandeurs pour décrire un système
1.3. Quantités molaires et massiques
2. Paramètres d’états
2.1. Grandeurs extensives vs intensives
2.2. La température
2.3. La pression
2.4. Equilibre thermodynamique
2.5. Limite thermodynamique
3. Equations d’états
3.1. Définitions
Equations, variables, fonctions d’états
3.2. Exemple du gaz parfait
a. Construction expérimentale du gaz parfait
b. Modèle du gaz parfait
c. Gaz réels
Travail à faire pour la rentrée
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Devoir Maison 7
Exercice 5 (Mouvement pendulaire amorti) et 13 (stabilité d’une molécule) TD 17 + exercice 6 TD18
(cyclotron)
Facultatif : Exercices supplémentaires sur les forces centrales conservatives + exercices non faits du
chapitre 18 (particules dans E, B)
Mardi 18 avril 2017
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8h-10h
Cours Chapitre 23. Théorie cinétique du gaz parfait
Introduction
1. Mise en place du problème
2.
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1.1. Libre parcours moyen
1.2. Equilibre thermodynamique et conséquences
1.3. Vitesses caractéristiques
a. Vitesse moyenne -> pas intéressante
b. Vitesse quadratique moyenne -> grandeur d’intérêt
c. Notion d’ergodicité
1.4. Hypothèses du gaz parfait
Pression cinétique
2.1. Variation de quantité de mouvement pendant un choc entre une particule et la paroi d’une
enceinte (cas 1D)
2.2. Nombre de chocs (cas 1D)
2.3. Pression cinétique (cas 1D + généralisation au cas 3D)
2.4. Vitesse quadratique moyenne dans un gp (vision molaire vs particulaire)
13h-14h et 14h-15h
Cours Chapitre 23. Théorie cinétique du gaz parfait
3. Energétique du gaz parfait
3.1. Energie cinétique
a. Gaz parfait monoatomique
b. Théorème d’équipartition de l’énergie
c. Gaz diatomique
3.2. Première approche de l’énergie interne
TD 22/23. Gaz parfait
Exercice 1. Libre parcours moyen dans le dioxygène. Expression du lpm avec le modèle du cylindre de
choc.
Mercredi 19 avril 2017
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TD 22/23. Gaz parfait
Exercice 2. « Pot de confiture ». Calcul de la dépression suite au refroidissement d’un pot de confiture
et résultante des forces de pression.
Exercice 3. « Pneumatique ». Applications de l’équation d’état des gaz parfaits lors du gonflage d’un
pneu avec de l’air comprimé.
Exercice 4. Gonflage d’un pneu avec une pompe à main. Combien de coups de pompes pour arriver à
une pression donnée ?
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Cours Chapitre 24. Premier principe de la thermodynamique
1. Les différentes transformations d’un système thermodynamique
a. Transformation quasi-statique
b. Transformation réversible
c. illustration sur une expérience de pensée
d. Transformation isochore -> paramètre V
e. Transformations monobare vs isobare -> paramètre P
f. Transformations monotherme vs isotherme -> paramètre T et notion de thermostat
g. Transformation adiabatique
Documents distribués
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corrigé DM7
corrigé exercices supplémentaires forces centrales
activité expérimentale 12
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TD24.1
Travail à faire : exercices 5, 6 TD22/23