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, des ouvrages pour faire la différence.
Le Bac en poche, vous vous apprêtez à entrer en classe préparatoire ?
Cet ouvrage passerelle pour bien débuter sa première année de prépa est
la clé d’une rentrée et d’une première année de classe préparatoire réussies.
Il propose :
• Des conseils et des méthodes de travail pour bien intégrer « l’esprit prépa » ;
• De revoir ses acquis et réviser les notions essentielles du programme de lycée ;
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es encarts « Objectifs Prépa » pour s’immerger dans le programme
de première année ;
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es Vrai/Faux pour tester ses connaissances ;
lus de 75 exercices et problèmes corrigés de difficulté progressive
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pour s’entraîner efficacement.
L’ouvrage indispensable pour assurer sa rentrée !
SOMMAIRE
I. Méthode
II. Tout ce qu’il faut savoir pour réussir. Physique
Mécanique. 1. Mécanique newtonienne – 2. Mécanique
des fluides – 3. Mécanique céleste – 4. Relativité
restreinte – 5. Travail et échanges énergétiques
Physique des ondes. 6. Les ondes – 7. Diffraction
et interférences – 8. La lumière – 9. La radioactivité
Pour aller plus loin. 10. Transmission et stockage
de l’information – 11. Mécanique quantique
III. Tout ce qu’il faut savoir pour réussir. Chimie
Chimie des solutions. 17. Mise en solution –
18. Réaction chimique et tableau d’avancement –
19. Réaction acido-basique – 20. L’oxydoréduction
Analyse en chimie. 21. Les dosages –
22. Spectrophotométrie – 23. Spectroscopie IR
et RMN – 24. La cinétique
Chimie organique. 25. Les familles chimiques –
26. Réactivité en chimie organique – 27. Stratégie
en synthèse organique
IV. Problèmes
Constitution de la matière. 12. Atomistique –
13. Liaisons et polarité – 14. La mole
Géométrie des molécules. 15. Structure
dans l’espace – 16. Stéréo-isomérie
VUIBERT
Réussir son entrée en prépa
Tle S
MATHS
prépas scientifiques
MPSI • PCSI • PTSI • BCPST
Les auteurs
Yann Lozier est professeur en classe préparatoire PCSI
au lycée Frédéric Mistral en Avignon.
Olivier Levasseur est enseignant dans le secondaire au lycée
Montmajour en Arles. Il intervient également à l’Université de Nîmes.
elle
Une passer
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vers la pre
• L’essentiel du cours de lycée à maı̂triser
et des passerelles vers la prépa
• Des objectifs pour réussir sa rentrée et sa 1re année
• Des Vrai/Faux pour tester ses connaissances
• Des exercices corrigés pour s’entraı̂ner
• Des problèmes pour aller plus loin
Paul Milan
ISBN : 978-2-311-40574-3
Également disponible
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Prépas scientifiques
Réussir son entrée en Prépa – PHYSIQUE • CHIMIE
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Yann Lozier
Olivier Levasseur
04/04/2018 14:24
VUIBERT
Yann Lozier • Olivier Levasseur
Réussir son entrée en prépa
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PHYSIQUE
CHIMIE
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MPSI • PCSI • PTSI • BCPST
03/04/2018 17:11
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MATHÉMATIQUES BCPST 1re ANNÉE, O. Coulaud & J. Verliat
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INFORMATIQUE POUR TOUS - 1re ET 2e ANNÉES, A. Caignot, M. Dérumaux, L. Moisan & J. Labasque
PHYSIQUE MPSI-PCSI-PTSI, M. Cavelier, J. Cubizolles, G. Delannoy, E. Jahier & C. Jorssen
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M. Dérumaux, C. Garreau, P. Kaszinski, B. Martin & S. Roux
BIOLOGIE-GÉOLOGIE BCPST 1re ANNÉE, O. Dautel, A. Proust, M. Algrain, C. Bordi, A. Helme-Guizon,
F. Saintpierre, M. Vabre & C. Boggio
MÉMENTO BIOLOGIE 1re ET 2e ANNÉES, F. Saintpierre, C. Bordi, M. Algrain, H. Clauce, Y. Krauss & I. Mollière
Pour s’entraîner :
MATHÉMATIQUES MPSI, A. Bechata & N. de Granrut
PHYSIQUE MPSI-PCSI-PTSI, F. Bruneau, M. Cavelier, Y. Lozier & M. Strubel
CHIMIE PCSI, J. Appenzeller, J.-L. Dormieux, A. Morland & C. Vilain
CHIMIE MPSI-PTSI, J. Appenzeller, A. Morland & C. Vilain
SCIENCES INDUSTRIELLES DE L’INGÉNIEUR MPSI-PCSI-PTSI, A. Caignot, F. Golanski, F. Hospital, D. Iceta,
X. Pessoles & D. Violeau
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Photo de couverture : Close up of laboratory microscope/18percentgrey©AdobeStock
Pages de parties : kim©AdobeStock, seabreeze001©AdobeStock, sandstoneps©AdobeStock,
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Maquette et mise en page : Sébastien Mengin / Édilibre
Couverture et liminaires : Les PAOistes
ISBN : 978-2-311-40574-3
La loi du 11 mars 1957 n’autorisant aux termes des alinéas 2 et 3 de l’article 41, d’une part, que les « copies ou reproductions
strictement réservées à l’usage privé du copiste et non destinées à une utilisation collective » et, d’autre part, que les
analyses et les courtes citations dans un but d’exemple et d’illustration, « toute représentation ou reproduction intégrale, ou
partielle, faite sans le consentement de l’auteur ou de ses ayants droit ou ayants cause, est illicite » (alinéa 1er de l’article 40).
Cette représentation ou reproduction, par quelque procédé que ce soit, constituerait donc une contrefaçon sanctionnée
par les articles 425 et suivants du Code pénal. Des photocopies payantes peuvent être réalisées avec l’accord de l’éditeur.
S’adresser au Centre français d’exploitation du droit de copie : 20 rue des Grands Augustins, F-75006 Paris. Tél. : 01 44 07 47 70
© Vuibert – mai 2018 – 5 allée de la 2e DB, 75015 Paris
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03/04/2018 17:11
Table des matières
Avant-propos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5
I. Méthode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7
Méthodologie de travail . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9
1. L’entrée en classe préparatoire aux grandes écoles 9 – 2. Que faire une fois l’année démarrée ? 11 – 3. Comment gérer la masse de travail ? 13 – 4. La vie en classe prépa 17
II. Tout ce qu’il faut savoir pour réussir – Physique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
21
Chapitre 1. Mécanique Newtonienne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
23
1. Définition de base 23 – 2. Force et mouvement 24 – 3. Lois de Newton 26 – 4. Interactions
fondamentales 27
Chapitre 2. Mécanique des fluides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1. Définition de base 29 – 2. Pression et liquide 30 – 3. Pression et sport 31
29
Chapitre 3. Mécanique céleste . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
1. Propulsion et quantité de mouvement 32 – 2. Mouvement des corps célestes 33 – 3. Les
lois de Kepler 35
Chapitre 4. Relativité restreinte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
1. Les postulats d’Einstein 37 – 2. La relativité du temps 37 – 3. La mesure du temps 39
Chapitre 5. Travail et échanges énergétiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1. Travail d’une force 40 – 2. Transferts énergétiques 43 – 3. Énergie interne 44
– Exercices 47 – Corrigés 52
40
Chapitre 6. Les Ondes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
1. Ondes et propagation 61 – 2. Ondes progressives sinusoïdales 62 – 3. Les ondes sonores 63
Chapitre 7. Diffraction et interférences . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1. Le phénomène de diffraction 65 – 2. Phénomène d’interférence 66
65
Chapitre 8. La lumière . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1. Comportement et caractéristiques 70 – 2. Optique géométrique 73
70
Chapitre 9. La radioactivité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
76
1. Définitions 76 – 2. La décroissance radioactive 77 – 3. Radioactivité et énergie 79
– Exercices 81 – Corrigés 85
1
Table des matières
Chapitre 10. Transmission et stockage de l’information . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1. Numérisation de l’information 91 – 2. Procédés physiques de transmission 93
91
Chapitre 11. Mécanique quantique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
95
1. La théorie du corps noir 95 – 2. Dualité onde-particule 96 – 3. Transferts quantiques
d’énergie 97 – 4. Le laser 98
– Exercices 99 – Corrigés 101
III. Tout ce qu’il faut savoir pour réussir. Chimie. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
Chapitre 12. Atomistique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
1. Constitution 105 – 2. Caractéristiques 105
Chapitre 13. Liaisons et polarité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
1. Liaison covalente 108 – 2. Électronégativité 108 – 3. Polarisation d’une liaison 110 –
4. Molécule et géométrie 110
Chapitre 14. La mole . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
1. Définition 111
– Exercices 113 – Corrigés 115
Chapitre 15. Structure dans l’espace . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
1. Représentation de Lewis 119 – 2. Représentation des molécules 120 – 3. Géométrie des
molécules 121 – 4. Cohésion des solides 122
Chapitre 16. Stéréo-isomérie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124
1. Représentation tridimensionnelle 124 – 2. Stéréo-isomère 125
– Exercices 130 – Corrigés 132
Chapitre 17. Mise en solution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
1. Définition de base 135 – 2. Les concentrations 135 – 3. Réalisation expérimentale 136
– 4. Cas particulier des solutions ioniques 137
Chapitre 18. Réaction chimique et tableau d’avancement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
1. Réaction chimique 139 – 2. Tableau d’avancement 140
Chapitre 19. Réaction acido-basique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142
1. Définitions 142 – 2. Réaction acido-basique 143 – 3. Grandeurs et caractéristiques 143
– 4. Force des acides et des bases 144 – 5. Solution tampon 145
Chapitre 20. L’oxydoréduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146
1. Définitions 146 – 2. Réaction d’oxydoréduction 147 – 3. Équation de réaction 147 –
4. Les piles 148
– Exercices 150 – Corrigés 154
Chapitre 21. Les dosages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161
1. Définition de base 161 – 2. Dosage pH-métrique 163 – 3. Dosages conductimétriques 163
2
Table des matières
Chapitre 22. Spectrophotométrie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165
1. Substances colorées 165 – 2. Principe de la spectrophotométrie 166 – 3. Dosage spectrophotométrique 167
Chapitre 23. Spectroscopie IR et RMN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170
1. Interaction matière-rayonnement 170 – 2. Spectroscopie IR 170 – 3. Spectroscopie RMN
du proton 172
Chapitre 24. La cinétique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175
1. Temps caractéristique 175 – 2. Facteurs cinétiques 176 – 3. Catalyseur 176
– Exercices 178 – Corrigés 183
Chapitre 25. Les familles chimiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191
1. Alcanes 191 – 2. Alcènes 192 – 3. Alcools 193 – 4. Les aldéhydes 194 – 5. Les cétones 194
– 6. Les acides carboxyliques 194 – 7. Les esters 195 – 8. Les amines 195 – 9. Les amides 196
– 10. Les polymères 196
Chapitre 26. Réactivité en chimie organique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198
1. Modifications en chimie organique 198 – 2. Mécanisme réactionnel 199 – 3. Grandes
classes de réaction 200
Chapitre 27. Stratégie en synthèse organique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202
1. La réaction 202 – 2. Les montages 202 – 3. Chimie verte 206
– Exercices 207 – Corrigés 212
IV. Problèmes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215
Problèmes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217
Corrigés 221
3
Avant-propos
La première année de classe préparatoire scientifique peut être déstabilisante pour les
élèves. De nouvelles notions sont à apprendre, mais il est surtout indispensable de maîtriser parfaitement celles acquises au lycée. Cet ouvrage de Physique-Chimie assure une
passerelle efficace entre le programme du lycée et celui des classes préparatoires scientifiques.
Il propose des rappels de cours de terminale pour pouvoir commencer son année de prépa
dans de bonnes conditions. Tous les sujets abordés sont compréhensibles par des élèves
voulant approfondir et compléter leur culture scientifique.
L’ouvrage aide aussi à consolider ses méthodes de travail.
Il est composé de vingt-sept chapitres (organisés en parties) suivis d’exercices de niveaux
de difficulté progressifs et de problèmes donnés en prépa.
Le contenu, dont l’objectif est de permettre une assimilation optimale des notions, est
organisé de la manière suivante :
• Une partie « Tout ce qu’il faut savoir en Physique » qui revient sur des grands thèmes
du programme de lycée comme la mécanique ou les ondes avec une ouverture vers
des thèmes du programme de prépa comme la mécanique quantique ou le traitement de l’information et des signaux.
• Une partie « Tout ce qu’il faut savoir en Chimie » qui traite, quant à elle, de la constitution de la matière, des molécules, de la chimie organique ou encore de la chimie
des solutions.
Richement illustrés, les chapitres permettront une assimilation optimale des notions
en mêlant rappels de cours, encarts variés, méthodes et exercices corrigés.
• Une dernière partie « Problèmes » proposera de s’immerger dans la réalité du programme de classe préparatoire avec des sujets plus complexes à traiter.
L’ouvrage a été conçu comme un outil de révision agréable pour l’élève. Des rubriques,
agrémentées de pictogrammes, permettent une lecture non linéaire et des points de repères
visuels.
•
: À retenir revient sur les notions et les définitions essentielles du programme. Celles qu’il faut maîtriser par cœur.
•
: Objectif Prépa – J’approfondis permet une projection directe dans le
programme de prépa. Un avant-goût des exigences de première année.
• D’autres rubriques, Remarques, Attention, Méthode, Exemple, viennent enrichir
les rappels de cours et donnent des astuces pour mieux comprendre et réussir.
Bonne lecture !
5
I. Méthode
Méthodologie de travail
É Vous allez entrer en classe préparatoire aux grandes écoles (CPGE) ? Vous vous posez des
questions sur vos capacités de réussite, sur le niveau de difficulté, sur l’organisation du
travail. Nous allons tenter ici de vous apporter tous les conseils qui permettent d’entreprendre plus sereinement ces deux années de formation éprouvantes mais terriblement
formatrices, autant pour votre vie d’étudiant qui démarre que pour votre futur vie d’adulte
dans le monde professionnel.
1.
1.1.
L’entrée en classe préparatoire aux grandes écoles
Présentation générale
É Les CPGE, qu’elles soient scientifiques (comme cela va nous intéresser dans cet ouvrage),
littéraires ou économiques, font l’objet de nombreuses idées préconçues. Certains s’accordent à dire que la quantité de travail à fournir est colossale, que les cours vont à toute
vitesse, que les professeurs sont sévères et ne se soucient pas de leurs étudiants, que les
notes sont forcément mauvaises, même pour les meilleurs élèves de lycée ou encore que
les mauvais élèves sont parfois humiliés. Ces idées sont passéistes et en aucun cas le reflet
des changements et des évolutions qui ont été entreprises en classe prépa. Les enseignants
sont très attentifs et à l’écoute de leurs étudiants, la camaraderie est forte entre membres
d’une même classe et avec beaucoup de motivation et d’investissement, on peut très bien,
et réussir, et bien vivre ses deux années.
É Un premier point rassurant : si votre dossier est sélectionné et que vous êtes pris, c’est
déjà bon signe. Cela signifie que les enseignants expérimentés de prépa ont inspecté votre
dossier et qu’il leur semble possible que vous réussissiez.
É Ainsi, la légende des prépas peut faire peur mais si la montagne paraît grande elle n’en
reste pas moins surmontable. Trop de travail, les cours qui vont très vite : quels conseils
pour bien s’en sortir ?
1.2.
Les conseils pour bien démarrer son année
É Il faut tout de suite « entrer » dans son année. Les premières semaines sont très importantes
et les enseignants vont démarrer l’année dès la première heure de cours. Il sera considéré
que l’ensemble des connaissances du lycée sont acquises et surtout, maîtrisées. Le premier des conseils est donc de réviser une ou deux semaines avant la reprise des cours ainsi
que durant l’été. S’assurer que l’on sait encore manipuler des équations mathématiques,
résoudre quelques exercices très importants et classiques de physique et de chimie. Vous
pourrez alors affronter votre formation dès le départ.
É Le deuxième conseil est de se mettre au travail tout de suite. Les enseignants vous donneront, dès le premier jour, des directives pour travailler intelligemment, il faut donc les
saisir immédiatement et les appliquer tout de suite, sans attendre en se disant que « pour
le moment, ça va ! ». Si vous prenez un peu de retard, vous serez vite débordé.
9
Réussir son entrée en prépa – Physique/Chimie
É L’avantage c’est qu’une fois le rythme pris et les méthodes correctement appliquées, il n’y
aura plus aucune raison de flancher sur les deux ans qui vous attendent. D’ailleurs, un premier point très positif : cela ne dure pas vraiment deux ans ! La grande finalité des CPGE est
le passage des épreuves écrites des concours des grandes écoles, or, ces fameux concours
se passent de mi-avril à fin mai. Les cours s’arrêtent généralement deux à trois semaines
avant le début des épreuves pour laisser aux étudiants le temps de réviser l’ensemble des
connaissances de première et deuxième année.
É Ainsi, si vous faites le compte, le programme de deuxième année est bouclé aux alentours
de fin mars, début avril. Votre formation en CPGE ne dure finalement pas deux années
complètes mais plutôt une année et demie. Vous voyez, vous venez de gagner une demie
année d’un coup ! Le reste de l’année sera un mélange d’un peu de repos après les épreuves
écrites et un retour en classe pour vous entraîner à l’épreuve orale finale (si vous avez été
admissible à l’écrit).
É Une des grandes clés de la réussite est de parvenir à faire la chasse au temps non utilisé. C’est souvent compliqué pour des bons élèves du secondaire qui pouvaient s’accorder beaucoup de temps libre (pour les loisirs ou autre) mais il faut sortir radicalement du
monde lycéen (partie de cartes, soirées en semaine, grande pratique sportive, flâner). Vous
ne devez pas vous leurrer, les CPGE demandent un vrai sacrifice et beaucoup d’énergie, de
motivation et de temps. Nous y reviendrons plus tard mais il serait intelligent de mettre à
profit le temps perdu dans les transports par exemple.
É Il ne faut cependant pas abandonner tous ses loisirs : la prépa vous demandera une forte
implication dans le travail qu’on ne peut maintenir que si l’on sait s’attribuer des moments
de plaisir et de détente. Il faut simplement réduire ce temps et le ritualiser sur une durée
brève. Adieu le sport tous les deux soirs dans un club et le week-end en journée mais pourquoi pas une séance par semaine ? Prévoir de sortir avec ses amis tous les samedi aprèsmidi pour s’aérer. Ce sera vital pour tenir sur la durée, il ne faut donc pas que cela disparaisse sous peine de ne pas aller jusqu’au bout. Les CPGE demandent des sacrifices mais
n’obligent pas à une vie d’ermite retiré du monde.
É Il en va de même pour les amitiés et les relations amoureuses naissantes. Les classes prépas sont un lieu de développement personnel et de grand investissement. On y lie souvent
de grandes histoires amicales ou amoureuses dont il ne faut pas se priver. Vous allez justement passer beaucoup de temps en présence des étudiants de votre classe, vous serez
tous confrontés aux mêmes problématiques et vous le vivrez tous avec quelques difficultés. Cela crée forcément un lien très fort et durable, ce qui est précieux.
É Ne partez pas bille en tête, sans réfléchir en vous disant simplement que vous allez « travailler plus ». Cela ne veut rien dire, il faut réfléchir aux bons moyens d’améliorer son efficacité dans le travail. Ce sans quoi, vous risquez de ne pas tenir sur la durée. Il faut faire
des choix, s’imposer une hiérarchie dans le travail à effectuer. Chercher ses points forts et
seulement les entretenir et surtout travailler en plus grande profondeur ses points faibles.
É Il est impossible de laisser une matière de côté en prépa : vous allez avoir de grandes dominantes comme les mathématiques, la physique, la chimie ou les sciences de l’ingénieur
dans lesquelles vous allez avoir un nombre important d’heures de cours. Mais vous aurez
aussi l’étude obligatoire d’une langue vivante et des cours de français. Ces deux matières,
parfois sous-considérées par les étudiants, peuvent justement faire une immense différence entre les candidats aux concours.
É Ce qui est certain c’est que, quel que soit votre niveau, en comparaison du travail fourni
au lycée, il faudra amplifier votre plage horaire de travail personnel.
10
Méthodologie
2.
2.1.
Que faire une fois l’année démarrée ?
L’organisation du travail
É Ce qui est capital c’est de se tenir à jour sans rien laisser de côté : si quelque chose n’est
pas compris, les lacunes risquent de s’accumuler, les cours vont s’enchaîner rapidement et
le savoir est souvent cumulatif. Il ne faut donc rien négliger sous peine de ne plus réussir
à comprendre ce qui se dit en classe. Comme dit plus haut, on vous demandera un bon
niveau dans toutes les matières ! Vous ne pouvez donc pas vous offrir le luxe de ne pas
comprendre.
É En physique et en chimie, de nombreuses notions viennent se combiner pour pouvoir
mener à son terme la résolution d’un exercice. Par-dessus ces notions, viennent se superposer les mathématiques et votre capacité à réaliser un ou plusieurs calculs. Il devient alors
nécessaire d’abord, d’apprendre son cours par cœur en ce qui concerne les lois et les définitions.
É Méfiance pour celles et ceux d’entre vous qui préfèrent comprendre une définition et l’exprimer avec son propre vocabulaire. Parfois, un mot utilisé à la place d’un autre crée une
imprécision dans la définition et ce que vous devrez garder en tête c’est que « ce qui est à
peu près juste est totalement faux ! ». La rigueur est trop grande en CPGE pour se permettre
des approximations de langage.
É Une fois cela fait, ce sont les formules de base que vous devez connaître. Une formule ne
s’apprend pas si simplement que ça. Vous devez savoir comment s’enchaînent les lettres
(par exemple « P égal m fois g ») mais cela est loin de suffire. Il faut savoir avec précision
ce que veulent dire chacune des lettres de la formule et enfin leur unité dans le système
légal. Apprendre une formule demande donc un travail triple : l’enchaînement des lettres,
leur signification et leur unité. Une attention toute particulière sera donnée aux lettres que
l’on retrouvent dans plusieurs formules mais qui ne représentent absolument pas la même
grandeur (c’est le cas pour de nombreuses formules avec L , D , d , V , h , etc.).
É Enfin viennent les démonstrations qu’il faut comprendre et savoir refaire. On peut, très
souvent, être tenté de les apprendre par cœur, ligne par ligne, égalité après égalité. Cela
consisterait à mettre de côté sa capacité à raisonner et la réflexion spontanée tant nécessaire notamment lors des khôlles. Ce qu’il faut, c’est retenir le point de départ, les astuces
de calculs importantes et la finalité de la démonstration. Vos capacités mathématiques
feront le reste et vous réfléchirez à chaque fois « en direct » afin de développer les bons
automatismes de calcul.
É On imagine mal un randonneur visualiser à l’avance chacun des pas qu’il va effectuer
pour une longue traversée en montagne : il visualise le départ, l’arrivée et le chemin à
suivre entre les deux. Le reste se fera de manière machinale. C’est la même chose pour
les démonstrations, après tout, voilà bien longtemps que vous maîtrisiez les multiplications, les divisions, les substitutions et la résolution d’équations du premier ordre ! On fait
rarement appel à autre chose.
É Un point important est de prendre la peine de refaire les exercices vus en classe. Bien évidemment, il faut cacher la correction et ne pas trop vite succomber à l’envie de la regarder
pour terminer l’exercice. Globalement tout ce qui supprime l’étape « réflexion » est à bannir. Si vous êtes en manque de temps, vous pouvez à la limite prendre l’énoncé et la correction, mais refaire mentalement l’effort de développement, comprendre pourquoi c’est ce
11
Réussir son entrée en prépa – Physique/Chimie
théorème plutôt qu’un autre qui a été utilisé, vous assurer que vous comprenez chaque
étape de calcul et pourquoi pas, refaire l’application numérique.
É Ainsi, vous rendez vraiment utile, une relecture d’exercice déjà traité. Les exemples et exercices vus en cours sont souvent ceux qui reprennent le minimum à savoir faire et qui
indiquent comment appliquer le cours qui vient d’être développé. Bien souvent, cela permet d’affronter ensuite d’autres exercices en transposant la réflexion à un nouveau problème. Ce sera d’ailleurs l’une des qualités essentielles du futur ingénieur que vous allez
devenir.
2.2.
Les devoirs maisons
É Les devoirs maisons (DM) sont une inquiétude majeure en CPGE. Ils sont conséquents,
réguliers et dans presque toutes les matières. Ces devoirs peuvent demander énormément
de temps pour être réalisés entièrement. Les étudiants sont alors tentés de les bâcler en
cherchant une solution existante sur le net ou dans un livre. Le principe ici est le même
que pour les exercices : ne négligez pas les devoirs maison. Il est, de très loin, préférable de
fournir soit même un effort mental personnel, chercher véritablement les solutions, quitte
à ne pas réussir à tout faire et bloquer sur certaines questions. Cela sera bien plus profitable
pour votre construction personnelle et votre avancée dans la maîtrise des connaissances
et des compétences attendues en CPGE. Il faudra alors passer du temps sur la correction
donnée par l’enseignant et s’assurer de bien comprendre les astuces de calculs et les étapes
importantes du raisonnement. Une possibilité notable pour les D M reste de les faire à
plusieurs.
É En effet, l’entraide dans la classe est bien plus une arme qu’un danger : là aussi, une légende
persiste à propos de la grande concurrence à l’intérieur même de la classe. On peut entendre
des histoires folles sur les étudiants qui donnent de fausses réponses à leurs camarades
demandeurs ou qui « prêtent » des cours erronés aux absents qui veulent rattraper. Si cela
a pu éventuellement exister, ce temps-là est largement révolu : l’esprit CPGE a beaucoup
évolué dans de très nombreuses prépas.
É Il ne faut absolument pas considérer que vous êtes en concurrence avec les étudiants de
votre classe mais plutôt avec tous les autres étudiants de France. Les places aux concours
sont suffisamment nombreuses pour que statistiquement, toute la classe réussisse. Ainsi,
une section dans laquelle chaque étudiant qui a bien compris, prend un peu de temps
pour aider ou expliquer à celui ou celle en difficulté, est une section qui réussira mieux
aux épreuves des concours. Deux étudiants qui s’aident sont gagnants : le premier aura
tellement clarifié son esprit pour donner ses explications qu’il peut être certain d’avoir
assimilé les savoirs, le deuxième reçoit une aide d’un camarade de classe avec un langage
sans doute plus adapté que celui des enseignants et avec une autre manière de dire les
choses. Les devoirs maison peuvent donc être l’occasion d’un travail collaboratif. Il faudra
cependant veiller à deux choses :
• essayer de faire les devoirs maisons autant que possible seul et donc ne pas tous les
faire en groupe. Le jour de l’épreuve écrite, vous serez bel et bien seul devant votre
copie. Il vaut mieux s’entraîner à cela aussi souvent que possible ;
• attention à ne pas recopier telle une photocopieuse manuelle, la correction que vous
donnerait gentiment un camarade de classe. N’oubliez pas : il faut réfléchir ! Le conseil
est donc plutôt de véritablement discuter des astuces utilisées par les autres étudiants et faire ensuite soi-même la démarche, la démonstration et ainsi de suite.
12
Méthodologie
É On vient de passer en revue l’ensemble des conseils pratiques pour entrer en CPGE avec
des idées claires : réviser avant la rentrée des classes, bien apprendre son cours, refaire les
exercices, ne pas négliger les devoirs maisons, s’accorder des petits temps de pause et ne
pas hésiter à s’entraider dans la classe. Il reste alors un soucis majeur : comment faire pour
organiser intelligemment le travail massif à effectuer ?
3.
3.1.
Comment gérer la masse de travail ?
Rythme insoutenable ? Pas tant que ça
É Le rythme d’une classe prépa est très soutenu : on le compare souvent à un marathon dont
la ligne d’arrivée serait le passage des concours. Cette finalité est à garder en tête comme le
chemin à suivre et le but ultime de tous ces efforts que vous allez fournir. La vie ne s’arrêtera
pas après les concours mais il est bon de se fixer des objectifs et de visualiser la réussite.
De même que dans un marathon, un départ à vitesse maximale ne permettra pas de tenir
la longueur mais un départ trop lent ne permettra pas, non plus, de finir la course dans le
temps imparti. Cette métaphore s’applique à la perfection aux CPGE. Il faut donc s’imposer
un rythme soutenu dès le départ, qui fait appel à toutes vos capacités.
É Il n’est pas rare de trouver en CPGE des étudiants qui étaient généralement les meilleurs de
leur classe au lycée. La conséquence de cette réalité est que, au lycée, ces élèves n’avaient
pas besoin d’être au maximum de leur capacité. Des habitudes ont donc été prises, qu’il va
falloir briser. Les CPGE vont vous permettre une expérience de vie que l’on ne rencontre
pas tous les jours : cela va sans doute vous forcer à aller jusqu’au bout de vos limites et
même à trouver le moyen de les dépasser. C’est une incroyable expérience qui vous apportera beaucoup, autant dans votre vie d’étudiant que dans votre vie professionnelle future.
É On se pose souvent la question du nombre d’heures nécessaires. Les études montrent
qu’en moyenne un élève en CPGE travaille 56 heures par semaines (32 heures de cours et
16 heures de travail personnel par semaine + 8 heures le week-end) contre 36 heures pour
un étudiant à l’université (22 heures de cours et 10 heures de travail personnel par semaine
+ 4 heures le week-end). Mais ces chiffres restent des moyennes, chaque étudiant trouvera
son propre rythme.
É Pour pouvoir bien organiser son travail et répondre à la lourde demande des CPGE, il y a
plusieurs grandes étapes à suivre.
3.2.
Travail et planification
É La première étape est de fournir un travail très régulier tous les soirs de la semaine, vendredi soir inclus. La régularité est la plus grande clé de la réussite. Il faut commencer par
reprendre les cours de la journée et les apprendre. Aucune durée ne peut être définie car
chaque profil a sa particularité. Selon votre type de mémoire et la qualité de votre mémoire,
cela peut aller plus ou moins vite.
É Une leçon de physique ou de chimie peut se réviser en quinze minutes comme en plusieurs heures selon l’étudiant. Par contre, ce qui est certain c’est qu’il faut travailler tous
les soirs. Il faut ensuite réviser les cours qui vont être continués le lendemain. Cela permet
de remettre une couche sur les savoirs appris précédemment. C’est à force de répétition
que le savoir sera acquis et fixé dans la mémoire. Souvenez-vous bien que la quantité fera
moins que la qualité et la régularité.
13
Réussir son entrée en prépa – Physique/Chimie
É Les études sont formelles : un étudiant qui révise de manière efficace, 30 minutes tous
les soirs de la semaine connaîtra bien mieux son cours qu’un étudiant qui réviserait en
une seule fois pendant 3 heures. On trouve des courbes qui traduisent l’évolution de la
disparition du savoir au fil du temps et du temps nécessaire pour l’acquérir de nouveau.
Et oui, quoi que vous puissiez faire, si vous ne révisez pas, le savoir finira par disparaître.
Mais cette règle s’applique à tout le monde.
Figure 1. Lien entre révision et mémoire.
É Le week-end doit être utilisé aussi pour travailler, réviser et faire les exercices ou devoirs
maison demandés, au moins un jour entier sur les deux (soir inclus). On revient donc sur
une remarque faite bien plus haut : attention aux étudiants qui souhaiteraient faire, très
tard le soir, la fête tous les samedis. Cela présente le risque de ne pas être en forme le
dimanche et d’avoir donc perdu un week-end entier, ce qui vous désavantagera sur le long
terme si cela se reproduit trop souvent.
3.3.
L’apprentissage du cours
É Pour bien apprendre son cours, ou plutôt pour gagner du temps sur l’apprentissage du
cours, il faut commencer par suivre en classe. C’est un avantage de taille que de pouvoir
maintenir à son plus haut niveau, la qualité de son écoute en classe : une heure de cours
pleinement suivie diminue très largement le temps à fournir ensuite pour l’apprendre.
É Les études montrent que pour une heure de cours la différence de temps d’apprentissage
peut aller jusqu’à trois fois plus pour un étudiant qui, trop fatigué, n’aurait pas suivi la
leçon. Cela reviendrait à apprendre seul, armé de son cours ou d’un livre, ce qui reste très
complexe et qui demande quatre à cinq fois plus de temps qu’un apprentissage accompagné par les explications orales d’un enseignant.
14
Méthodologie
Figure 2. Lien entre suivi de cours et mémoire.
É Un étudiant qui doit se coucher à minuit tous les soirs pour réussir à faire tout ce qu’il
y a à faire (cours à apprendre, cours à réviser, exercices, etc.) de justesse, n’a sans doute
pas la bonne méthode de travail. De plus, les journées étant éprouvantes, s’il n’a pas assez
dormi, cet étudiant ne va pas être assez attentif en cours. Cela va entraîner un besoin supplémentaire de temps de travail le soir et on entre dans un cercle vicieux qu’il faut à tout
prix éviter. Il faut alors rapidement se rapprocher des professeurs qui seront toujours de
très bons conseils pour revoir avec vous ce qui ne va pas dans votre manière d’apprendre.
Si vous n’êtes pas en forme, cela vous portera préjudice.
Remarque
À ce propos, il semble important de revenir sur une ultime légende des CPGE :
les enseignants des classes préparatoires ! Ils sont tous triés sur le volet, ils ont les
plus hauts diplômes et ne sont nommés qu’à la seule condition d’avoir atteint un
niveau suffisant d’excellence, que ce soit dans la maîtrise des savoirs ou d’un point
de vue pédagogique. On colporte encore la vieille idée que les enseignants seront
intransigeants, distants avec leurs élèves, voire tournés vers l’humiliation de celles
et ceux qui auront des difficultés. Ce n’est absolument pas vrai, ils sont toujours
très proches de leurs étudiants avec qui ils passent un très grand nombre d’heures
chaque semaine. Ils ont tous à cœur la réussite de la classe et ont une longue expérience professionnelle. Ils sont, pour beaucoup, passés par une prépa eux-mêmes
et l’ont généralement bien réussi. Ils connaissent donc les écueils, les failles et dispensent sans compter leurs conseils. Tournez-vous vers eux rapidement si vous sentez que votre méthode de travail manque encore d’efficacité après avoir lu ce livre.
É Toujours en ce qui concerne l’apprentissage du cours (ce qui devrait vous montrer à quel
point c’est important) il faut parler ici de la tenue du cahier ou du classeur. C’est un élément très important : un cours bien pris, avec une écriture soignée et facilement lisible,
aéré, qui montre au premier coup d’œil les éléments importants à l’aide de couleurs, des
résultats encadrés ou soulignés. . . tout cela facilitera grandement deux choses :
• votre envie d’y revenir ;
• votre rapidité à apprendre ou réviser.
15
Réussir son entrée en prépa – Physique/Chimie
Remarque
De nombreux étudiants se procurent un livre de cours et d’exercices corrigés. Cela
peut, en effet, apporter une aide notable : les ouvrages mettent en avant l’important
à retenir dans le cours et proposent plusieurs exercices intéressants avec la correction plus ou moins rédigée. Attention, ne commettez pas l’erreur de penser que cela
remplacera la qualité d’une explication orale. Un livre ne peut donc pas vous priver
du suivi de cours en classe. À ce propos, les enseignants, en plus d’écrire le cours au
tableau ou de le dicter mais en n’insistant que sur l’essentiel, feront de nombreuses
remarques orales pour préciser les choses, pour dire dans quels pièges ne pas tomber, etc. Il est donc bon de noter ces remarques dans la marge de son cours (chose
qu’un livre, bien que soutien indéniable, ne vous donnera que difficilement).
É Ainsi « bien apprendre son cours » dépend de nombreux critères. Mais comment faire concrètement : il n’y a pas de réponse précise, chaque étudiant ayant sa propre préférence. On
peut :
• relire son cours et le répéter pour l’apprendre par cœur puis essayer des exercices ;
• tenter de faire des exercices directement avec le cours sous les yeux ;
• passer par la création de fiches qui résument l’essentiel à savoir ;
• utiliser un livre pour mieux repérer l’essentiel à apprendre et faire des exercices dont
la correction est disponible (auquel cas, effort intellectuel nécessaire).
3.4.
Astuce d’apprentissage : le feedback
É Pour aider à l’acquisition des savoirs, presque tous les enseignants des CPGE conseillent la
méthode dite du « feedback » : ce concept a été inventé en 1990 par Éric Maurette mais la
méthode est ancestrale. Il s’agit de contrôler par écrit, par oral ou mentalement ce que l’on
vient d’apprendre. Pratiquée de façon régulière, quotidiennement, cette méthode permet
des résultats spectaculaires (bien souvent utilisée par la plupart des majors de Polytechnique, Centrale, H E C ). Il paraît intéressant de faire deux « feedback » par jour : un pour le
cours et l’autre pour les exercices. Vous pouvez les faire en rentrant du lycée (pendant les
trajets par exemple). Essayez tout simplement de vous rappeler votre cours et vos exercices
sans regarder ni vos livres, ni votre cahier, ni vos notes. Cela nécessite d’avoir été attentif en
cours mais cela vous amènera petit à petit à profiter davantage du temps passé en classe.
L’autre possibilité est de faire son « feedback » après avoir relu et appris votre cours, vos
exercices étudiés en classe ainsi que vos exercices faits à la maison. Cette méthode ne vous
rajoute pas de travail, cela va plutôt faire gagner du temps à long terme en vous faisant travailler mieux : grâce à cette méthode, vous aurez besoin de moins de temps pour maîtriser
le cours et de moins d’exercices pour améliorer vos résultats.
Remarque
De manière global, attention aux tentations extérieures lorsque vous commencez à travailler (que ce
soit pour apprendre son cours, réviser un cours ou
faire des exercices) : téléphone, internet, télévision,
tablette, etc. Les études démontrent que l’on perd
30 % de notre efficacité de travail lorsque l’on a un
smartphone à portée de main. Imaginez le temps
perdu si on cumule cette perte d’efficacité chaque
jour pendant près de deux ans !
16
Méthodologie
3.5.
Attentif en classe
É Une nouvelle mise en garde. Nous venons de longuement expliquer à quel point il était
important de bien suivre en cours . . . mais que peut bien signifier « être attentif en classe ».
Cela ne signifie pas simplement de rester silencieux, bien assis sur sa chaise et recopier,
lettre après lettre, phrase après phrase, ce que l’enseignant écrit au tableau en se disant que
l’on relira le soir pour voir ce que l’on a compris. Ne vous comportez surtout pas comme
une machine à écrire. Il faut être mentalement présent, suivre le raisonnement de l’enseignant au fur et à mesure qu’il avance. Cela vous fera gagner un temps précieux pour vos
révisions du soir. Un cours qui se suit est un cours où l’on est très actif et concentré (ce qui
n’a rien d’évident sur plusieurs heures sans pause).
4.
4.1.
La vie en classe prépa
Santé et travail acharné
É Tout ce que nous venons d’évoquer nous amène à revenir sur le repos et l’hygiène de vie. Il
vous faudra vous maintenir en forme. Cela passe par plusieurs choses : des repas équilibrés
et à heures fixes ainsi qu’un sommeil de qualité et en quantité suffisante. Cet avertissement
va particulièrement aux étudiants qui vont quitter leurs parents pour se retrouver, pour
la première fois, en appartement, en chambre étudiante ou en collocation. Vous n’aurez
plus vos parents pour vous imposer un rythme de vie cadré et on peut parfois être tenté
justement, par une nourriture trop riche et un sommeil insuffisant. L’hygiène de vie fait
partie des points à ne pas négliger : la mémoire et l’attention ne peuvent se maintenir au
plus haut niveau que si physiquement, le corps est reposé et en pleine forme. Cela implique
aussi une hygiène irréprochable : un appartement propre et bien rangé sera la preuve que
votre esprit l’est aussi !
É La prépa est véritablement le lieu où l’on apprend à travailler et à pouvoir faire en très
peu de temps, plusieurs tâches de manière efficace. Pour commencer, occupez-vous des
choses simples et rapides, vous économiserez ainsi vos forces pour vous attaquer ensuite
aux choses plus complexes (l’inverse serait une erreur : on s’épuise sur les choses complexes et on finit par faire des erreurs ou ne plus avoir le temps de traiter les choses simples),
maximisez le temps de travail en faisant la chasse aux moments creux (en CPGE, du temps
passé à ne rien faire est du temps perdu), entraînez votre mémoire en revenant régulièrement sur les connaissances, même celles que vous savez très bien. La mémoire n’est malheureusement pas éternelle (même les enseignants oublient quand ils ne pratiquent pas).
É Si nous résumons les étapes : écoute attentive et active du cours, le soir retour sur la leçon
afin de la fixer dans la mémoire et éventuellement se rendre compte des étapes non comprises et poser la question au cours suivant. Toujours viser le long terme : le futur contrôle
à venir, la future khôlle qui arrive. C’est en gardant une longueur d’avance sur le travail à
réaliser qu’on peut aller jusqu’au bout du travail à fournir.
4.2.
Les tâches à accomplir
É Revenons sur l’intérêt des exercices, des DM et des DS : il faut les prendre comme une
occasion constante de s’entraîner. Ne perdez pas de vu le concours à passer à la fin des
deux années de CPGE. Faire un devoir maison à la légère, recopier le travail d’un ami, etc.,
cela ne fonctionne pas du tout et ne vous fera pas réfléchir, ni aux contenus appris en classe,
17
Réussir son entrée en prépa – Physique/Chimie
ni à comment les utiliser. C’est tout simplement une perte de temps ! Bien évidemment la
vie ne s’arrête pas aux concours, les connaissances serviront pour plus tard mais la finalité
première c’est de se préparer à affronter les concours des grandes écoles. Rappelez-vous
de garder un but visible.
É Une remarque notable : si vous vous retrouvez avec un devoir maison à rendre « demain »
c’est qu’ « aujourd’hui » il est presque terminé. En CPGE, les devoirs maison se donnent toujours au moins une semaine à l’avance et se travaillent donc dès le soir où on les reçoit. S’y
mettre la veille, c’est aller à l’encontre du point « travailler pour le long terme ». En plus, en
le travaillant la veille au soir, vous vous privez de l’aide que vous pourriez demander à votre
enseignant. Ainsi donc, travailler quelque chose d’important pour le lendemain vous pénalise triplement : vous vous privez d’une partie de sommeil, vous ne pouvez pas disposer de
l’aide qu’on pourrait vous apporter et enfin vous vous leurrez quant à votre apprentissage.
C’est sans doute ce dernier point qui est le pire. Cela vous maintiendrait dans l’impression
que vous travaillez durement, vous en auriez même une conviction légitime, sauf que, travailler dans ces conditions est extrêmement inefficace quand on se prépare à affronter des
concours exigeants.
4.3.
Résumé global
É Finalement, si on réunit et synthétise tous les conseils dans un ordre constructif, cela donne :
• suivre très attentivement en cours ;
• dormir suffisamment chaque nuit ;
• garder une activité de loisir sans rapport avec la prépa ;
• relire ses cours du jour chaque soir ;
• relire ses cours du lendemain chaque soir ;
• utiliser le feedback a bon escient ;
• noter ses questions et ne pas hésiter à les poser aux enseignants dès le lendemain ;
• ne jamais recopier naïvement un devoir maison mais ne pas hésiter à demander de
l’aide tant que l’on fait l’effort de comprendre ;
• travailler en avance, dès que les devoirs sont donnés même s’ils sont pour « dans
longtemps » ;
• faire des fiches ou des « aides de révision » si besoin ;
• faire la chasse au temps perdu (travailler durant les heures de trou par exemple +
feedback dans les transports) ;
• préparer les plages de relâche en les ritualisant ;
• bien travailler les corrections pour voir et comprendre où étaient les erreurs ;
• travailler loin de toute interférence pour une réelle efficacité ;
• réviser régulièrement même si cela n’est pas demandé.
É Nous vous donnons encore quelques conseils supplémentaires à propos de trois grandes
échéances, qui reviendront très régulièrement durant votre cursus.
4.4.
Comment bien démarrer un exercice ?
É Vous pourriez vous retrouver dans la position d’un étudiant perdu devant son exercice, qui
ne démarre rien et espère sans doute voir arriver, comme par magie, la réponse devant ses
yeux. Cela n’arrive bien sûr jamais ! Ce qui est efficace par contre, c’est de découvrir le plus
précisément possible, le point important de l’exercice. Est-ce un exercice qui ne sert qu’à
appliquer directement le cours, un exercice qui vous amène à réfléchir sur tout le chapitre
18
Méthodologie
actuel afin d’en déterminer l’étendu des applications et leurs limites ou enfin un exercice
qui crée du lien entre plusieurs chapitres ? Une fois cela déterminé, tentez de mettre des
mots de vocabulaire sur l’exercice : mécanique du point matériel, élongation d’un ressort,
réaction acido-basique, dosage conductimétrique, équation différentielle du second ordre,
régime transitoire, etc. Cela vous permettra de savoir à quelle partie du cours, l’exercice se
réfère précisément (les cours en CPGE sont plutôt longs et denses). Enfin, il faut maintenant faire appel à sa mémoire, se souvenirs des outils mis en place dans cette partie (définitions, formules, démonstrations, exercices d’application dont le problème était semblable,
etc.). Avec cela, vous devriez être moins perdu, si jamais cela vous arrive.
É À l’intérieur même d’un exercice, posez vous aussi les grandes questions qui reviennent
toujours :
• Qu’est-ce que la question me demande de chercher ?
• Qu’est-ce que l’énoncé me donne comme information ?
• Qu’est-ce que j’ai appris et qui permet de relier les deux (formule, définition, etc.) ?
4.5.
Comment bien préparer une khôlle ?
É Vous allez vous retrouver en khôlle plusieurs fois par semaine sur l’ensemble de vos deux
années. Ces moments peuvent être stressants, ils se font souvent avec des enseignants extérieurs que vous ne connaissez pas. De plus, vous vous retrouvez dans la position d’une
épreuve orale où il faut échanger de vive voix et donc de manière claire, avec un jury qui
est là pour vous évaluer.
É Surtout pas de panique : le but premier des khôlles est de vous donner des exercices nouveaux et de voir si vous parvenez à saisir quel est le problème et à trouver des pistes pour le
résoudre. L’intérêt sera donc plus dans la réflexion que dans la résolution totale : un cours
bien appris, des idées proposées et des tentatives de calculs vous permettront d’avoir une
note forcément correcte. Un scientifique se doit de pouvoir se justifier ou au moins, de voir
pourquoi ce qu’il propose est sans doute faux. L’enseignant vous donnera alors quelques
pistes qu’il faudra savoir attraper au vol pour rectifier sa démarche et peut-être, finir l’exercice ! Les khôlles sont un moment très important qui vous permettra de vous préparer à la
perfection pour l’oral des concours. Oui, on continue de garder en tête le but final !
4.6.
Comment bien aborder un DS ?
É Enfin, les devoirs surveillés. Ils reviendront toutes les semaines dans une matière différente
(ou dans plusieurs matières quand les cours n’ont pas encore suffisamment avancés). Le
but n’est pas de torturer les étudiants mais bel et bien de :
• vérifier que le cours est appris régulièrement ;
• vérifier que le cours est compris et que l’on sait s’en servir intelligemment ;
• vous entraîner à affronter des problèmes de 4 heures.
É Le grand avantage des devoirs surveillés c’est que vous savez précisément sur quoi vous
allez être interrogé. Si vous avez suivi tous les conseils précédents, si vous avez produit
un travail régulier, si vous avez appris chaque soir, si vous avez procédé à des feedback
régulier. . . le travail à fournir la veille d’un DS n’est pas plus dense qu’un autre jour. Vous
prendrez sans doute la peine de passer en revue plusieurs exercices mais vous serez largement prêt. Il vous suffira ensuite, le jour du contrôle, d’appliquer tous les conseils donnés
pour résoudre les exercices et mener à leur terme les problèmes que l’on vous propose.
19
Réussir son entrée en prépa – Physique/Chimie
É Bien sûr, là encore, la correction doit être utilisée pour voir ce qui n’a pas été compris,
quelle astuce est passée à la trappe lors de l’épreuve et comment ne plus se faire piéger
dans le cas où vous rencontreriez de nouveau, un problème similaire. Si le dernier problème que vous rencontrez est votre vitesse d’exécution, gardez en tête deux choses :
• d’une, les sujets des concours sont faits de manière à être trop longs pour le temps
imparti. Pour un sujet de 4h, il faut souvent presque 3h30 pour, ne serait-ce que, recopier la correction à la main sans réfléchir une seule seconde ! Cela permet de balayer
large et de donner à chaque étudiant, l’occasion de trouver quelque chose qu’il sait
faire. Partez donc à la « chasse aux points » lorsque la fin de l’épreuve approche ;
• de deux, le seul moyen de se guérir d’une trop faible rapidité d’exécution est de faire
des exercices, et d’en faire, et d’en faire et d’en faire encore.
É Après tous ces conseils, nous vous souhaitons évidemment, une belle expérience en CPGE,
pleine de réussite et d’accomplissement. C’est une grande épreuve qui en vaut très largement la peine.
20
II. Tout ce qu’il faut savoir pour réussir
PHYSIQUE
Mécanique
•
•
•
•
•
Chapitre 1 –
Chapitre 2 –
Chapitre 3 –
Chapitre 4 –
Chapitre 5 –
Mécanique Newtonienne, p. 23
Mécanique des fluides, p. 29
Mécanique céleste, p. 32
Relativité restreinte, p. 37
Travail et échanges énergétiques, p. 40
É La mécanique est la science du mouvement : son domaine d’application est large et permet
de prévoir les différentes positions que va occuper un objet au cours de son déplacement
ainsi que les différents échanges énergétiques qu’il peut réaliser. Que ce soient les planètes
autour du Soleil ou les plus simples objets sur Terre, tous obéissent aux mêmes lois. Ces lois
ont été établies par des scientifiques de génie comme Newton ou Einstein qui ont permis,
en leurs temps, des révolutions en physique.
Objectifs et compétences
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Connaître et énoncer les trois lois de Newton.
Réaliser Un bilan des forces dans un référentiel donné.
Établir les équations horaires du mouvement d’un objet.
Savoir ce qu’est la pression dans un fluide et comment la calculer.
Exprimer l’accélération d’un objet ayant un mouvement circulaire uniforme.
Énoncer et utiliser les trois lois de Kepler.
Connaître la valeur de la célérité de la lumière dans le vide.
Différencier temps propre et temps mesuré en relativité restreinte.
Exprimer et calculer le travail d’une force constante.
Exprimer et calculer une énergie cinétique et potentielle.
Déterminer la variation d’énergie interne d’un système physique.
Calculer un flux thermique et la résistance thermique d’un matériau.
Vrai
Faux
ƒ
ƒ
b) La Terre nous attire autant que nous l’attirons.
ƒ
ƒ
c) La pression est une force.
ƒ
ƒ
d) Les planètes et les satellites ont une accélération centrifuge.
ƒ
ƒ
e) La Terre va plus vite lorsqu’elle est loin du Soleil que lorsqu’elle
ƒ
ƒ
Une horloge se déplaçant en ligne droite à très grande vitesse
bat plus doucement qu’une horloge fixe.
ƒ
ƒ
g) Une force travaille si elle est perpendiculaire au déplacement.
ƒ
ƒ
h) L’énergie interne d’un système augmente quand la température
ƒ
ƒ
a) Un système qui n’est soumis à aucune force peut avoir un
mouvement rectiligne uniforme.
en est proche.
f)
augmente.
22
Mécanique Newtonienne
1.
Définition de base
É La mécanique est la science du mouvement, elle nécessite avant toute chose, la mise en
place d’un vocabulaire de base important qu’il faut savoir définir avec précision.
É La première chose à faire en mécanique est de définir le système étudié. Pour étudier le
mouvement d’un objet, il faut choisir un point de cet objet. On cherche alors à décrire sa
trajectoire.
À retenir. Trajectoire
La trajectoire est l’ensemble des positions successives occupées par un objet au cours de
son mouvement.
On choisit généralement d’étudier le point de l’objet qui a la trajectoire la plus simple (souvent, le centre de gravité du système). Cette trajectoire dépend évidemment du point d’observation. Il faut alors définir le référentiel d’étude.
À retenir. Référentiel
Le référentiel est l’objet de référence par rapport auquel l’étude du mouvement est menée.
Il est défini par un centre, trois axes formant un repère orthonormé et une horloge qui
indique l’écoulement du temps.
Les axes du référentiel sont généralement notés x , y et z et représentent les trois directions
possibles : de gauche à droite, d’avant en arrière et de haut en bas (un coin de mur). Il existe
trois référentiels majeurs :
• le référentiel terrestre avec son centre à la surface du sol terrestre (là où se produit
l’expérience) ;
• le référentiel géocentrique avec son centre au centre de la Terre (étude du mouvement des satellites) ;
• le référentiel héliocentrique avec son centre au centre du Soleil (étude du mouvement des planètes).
On parle aussi souvent du référentiel du laboratoire pour indiquer que l’on se place là où
se déroule l’expérience (assimilable au référentiel terrestre).
23
JE RÉVISE
1
Chapitre
II. Tout ce qu’il faut savoir pour réussir – Physique
É Selon le référentiel, la trajectoire et la vitesse peuvent être différents. On peut parler de
trajectoire :
• rectiligne si la trajectoire est une droite ;
• circulaire si la trajectoire est un cercle ;
• curviligne si la trajectoire est incurvée sans former un cercle.
É Pour repérer le point M du système étudié, on peut utiliser deux types de coordonnées
dans le référentiel d’étude : les coordonnées cartésiennes (x , y , z ) et le vecteur position
−−→
OM .
À retenir. Vecteur position
−−→
Le vecteur position O M , dans un repère R (O, i~, j~, k~ ) est défini par :
−−→
O M (t ) = x (t )i~ + y (t ) j~ + z (t )k~ .
z
M
→
k
→
i
O
→
j
y
x
Figure 1.1. Référentiel et coordonnées.
2.
Force et mouvement
É Lorsqu’il existe une interaction entre un objet et le milieu extérieur (gravitation, choc, aimantation, ...) on parle d’une action mécanique. Il peut y avoir des actions de contact (contact
direct entre le donneur et le receveur) et des actions à distance.
À retenir. Force
Toute action mécanique est modélisée par une force. Une force peut :
• créer un mouvement ;
• modifier un mouvement (trajectoire et vitesse) ;
• créer une déformation.
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JE RÉVISE
Chapitre 1 – Mécanique Newtonienne
Une force est représentée par un vecteur F~ dont :
• l’origine est le point d’application de la force ;
• la direction et le sens sont ceux de la force ;
• la norme (intensité) est proportionnelle à la valeur de la force, exprimée
en Newton (N).
Exemple
Poids P~ pour un objet quelconque

point d’application : G (centre de gravité)


direction
: verticale
P~ =
sens : vers le bas


norme : P = m × g
Avec g : intensité de la pesanteur. Sur Terre g = 9, 81 N/kg.
É Les forces peuvent modifier la vitesse d’un objet. La vitesse, de formule générale v =
doit être définie plus précisément.
D
∆t
À retenir. Vecteur vitesse
Le vecteur vitesse d’un point M est défini par la dérivée temporelle du vecteur position :
−−→
v~ =
d y (t )
dz (t ) ~
dO M d x (t )
=
i~ +
j~ +
k = v x (t )i~ + v y (t ) j~ + vz (t )k~ .
dt
dt
dt
dt
Attention !
En mathématique, il est habituel d’écrire la dérivée d’une fonction à l’aide du symbole « prime ». Ainsi, lorsque l’on calcule la dérivée d’une fonction f , on a l’habitude de l’écrire f 0 . Ceci est réservé aux mathématiques lorsque l’on dérive par
rapport à la variable x . En physique, c’est souvent le temps qui est la variable principale. La notation correcte pour indiquer que l’on dérive une fonction f , par rapdf
d
port au temps est dt . Le dt
doit être pris comme un ensemble indissociable qui
signifie simplement « dériver par rapport à t ». Il ne faut pas voir le d du numérateur ou le dt du dénominateur comme des lettres d’une formule, que l’on pourrait
simplifier.
On remarquera que, même si le dtd est un « opérateur mathématique » qui indique simplement que l’on doit dériver par rapport au temps, le dt du dénominateur possède une unité.
Il représente une brève variation de temps, il correspond donc à des secondes. Cela permet
−−→
−−→
de maintenir l’homogénéité de la vitesse. En effet v~ = d OdtM . Le vecteur O M correspond à
une distance, or, la vitesse est en m/s, on vérifie bien que dt est en seconde.
É Il existe une dernière notion importante en mécanique : l’accélération. Elle traduit l’évolution de la vitesse au cours du temps.
25
II. Tout ce qu’il faut savoir pour réussir – Physique
À retenir. Vecteur accélération
Le vecteur accélération correspond à la dérivée temporelle de la vitesse :
a~ =
De fait : a~ =
−
→
d v y (t )
d v
d v x (t )
d vz (t )
k~ = a x (t )i~ + a y (t ) j~ + a z (t )k~ .
=
i~ +
j~ +
dt
dt
dt
dt
−−→
d 2O M
dt 2 .
Attention !
En mathématique, la dérivée représente le coefficient directeur de la tangente au
point considéré. On peut donc graphiquement, calculer des vitesses et des accélérations si on possède la trajectoire de l’objet.
Conseils méthodologiques
Sur une trajectoire donnée, il faut savoir tracer des vecteurs vitesse et des vecteurs
accélération. Pour cela, on utilise la définition mathématique du vecteur vitesse (ou
accélération) instantanée : si on souhaite tracer le vecteur au point M 4 d’une série de
points donnée, on calcule la norme du vecteur v4 en divisant la distance entre le point
d’avant et le point d’après, par la durée du déplacement entre ces points :
v4 =
M3M5
.
2∆t
Avec ∆t la durée entre deux points successifs. Le vecteur v~4 aura pour origine le point
M 4 et sera dirigé selon la tangente à la trajectoire au point M 4 . Son sens ira dans le
sens du mouvement. On procède de même pour une accélération :
a~4 =
v~5 − v~3
.
2∆t
Pour représenter le vecteur a~4 , on trace le vecteur v~5 au point M 4 , puis, à la suite, l’opposé du vecteur v~3 . L’accélération a~4 se trouve entre l’origine de v~5 et l’extrémité de
−v~3 .
3.
Lois de Newton
É La première loi de Newton, aussi appelée « Principe d’inertie » a une double fonction :
elle définit la notion de référentiel galiléen et indique le comportement d’une particule
soumise à des forces qui se compensent. Par définition, un « principe » ne se démontre
pas.
26
À retenir. 1re loi de Newton
Dans un référentiel galiléen, tout système soumis à des forces qui se compensent est soit
au repos, soit en mouvement rectiligne uniforme.
Des forces se compensent lorsque leur somme vectorielle est nulle : F~1 + F~2 + F~3 = 0. Une
conséquence notable de cette première loi est la conservation d’une grandeur physique
p~ = m v~ le vecteur quantité de mouvement qui reste constante dans le cas d’un système
isolé (absence de forces) ou pseudo-isolé (forces qui se compensent).
É La deuxième loi de Newton donne un lien mathématique entre les forces qui s’appliquent
sur un objet et son accélération. Elle permet donc de déterminer, par intégrations successives, la vitesse puis la position de l’objet au cours du temps (on parle des équations
horaires du mouvement).
À retenir. 2e loi de Newton
Dans un référentiel galiléen, la somme vectorielle des forces extérieures appliquées à un
système est égale au produit de la masse par l’accélération :
X
F~ext = m × a~ ou, avec a~ =
X
d v~
d p~
et p~ = m × v~ =>
F~ext =
.
dt
dt
É La troisième loi de Newton, appelée aussi « loi des actions réciproques » indique le lien
entre deux objets en interaction.
À retenir. 3e loi de Newton
Tout corps A exerçant sur un corps B une force F~A/B subit de ce corps, une force d’égale
intensité, de même direction et de sens opposé F~B /A .
F~A/B = −F~B /A
Cette loi rappelle que nous exerçons sur la Terre, la même force que la Terre exerce sur nous.
Cela ne semble pas intuitif, c’est parce qu’il ne faut pas oublier que la masse s’oppose à la
mise en mouvement par une force. Ainsi, deux objets ayant des masses différentes et qui
subissent une même force, n’auront pas la même vitesse de déplacement ensuite (inertie).
Il ne faut pas confondre la force et son effet.
4.
Interactions fondamentales
É Entre deux corps A et B possédant une masse m A et m B il existe une force d’attraction,
inversement proportionnelle au carré de la distance entre le centre de gravité des deux
corps (théorie de la gravitation de Newton). C’est la force d’interaction gravitationelle :
mA × mB
F~A/B = −G
u~ AB .
d2
27
JE RÉVISE
Chapitre 1 – Mécanique Newtonienne
II. Tout ce qu’il faut savoir pour réussir – Physique
Avec : G = 6,67 × 10−11 Nm2 .kg−2 la constante de gravitation universelle ; m A et m B les
masses en kg des corps en interaction ; d la distance entre le centre de gravité de A et B
en mètre ; u~ AB le vecteur unitaire allant de A vers B . Cette interaction intervient dans la
chute des corps et dans les phénomènes à l’échelle astronomique. Le poids d’un corps
P~ = m × g~ dérive de l’interaction gravitationnelle.
É Entre deux particules chargées A et B , de charges qA et qB distante d’une distance d , interagissent entre elles. L’interaction peut être attractive si les charges sont opposées ou répulsives si les charges sont de même signe. C’est la force d’interaction électromagnétique :
F~A/B = k
qA × qB
u~ AB .
d2
Avec : k = 8,99 × 109 Nm2 .C−2 la constante de Coulomb ; qA et qB les charges en coulomb C
des corps chargés en interaction ; d la distance entre le centre de gravité de A et B en mètre ;
u~ AB le vecteur unitaire allant de A vers B . Cette interaction intervient dans tous les phénomènes électriques et magnétiques (la cohésion des atomes, frottements, par exemple).
É L’interaction nucléaire forte se manifeste à très courte distance. Elle permet la cohésion
des noyaux atomiques (10−15 m).
É L’interaction nucléaire faible se manifeste à très courte distance (10−17 m). Elle est responsable de la radioactivité.
OBJECTIF PRÉPA – J’APPROFONDIS
Il existe plusieurs autres forces qu’il est intéressant de connaître :
• la force de rappel élastique d’un ressort : F~k = −k × (l − l 0 ) i~;
• la force électromagnétique de Lorentz. Elle dépend de deux éléments distinctifs : un champ électrique E~ qui va mettre en mouvement une particule de
charge q et un champ magnétique B~ qui va dévier une particule chargée se
déplaçant à la vitesse v~. La norme de la force de Lorentz est FL = q E + q v B .
28
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SOMMAIRE
I. Méthode
II. Tout ce qu’il faut savoir pour réussir. Physique
Mécanique. 1. Mécanique newtonienne – 2. Mécanique
des fluides – 3. Mécanique céleste – 4. Relativité
restreinte – 5. Travail et échanges énergétiques
Physique des ondes. 6. Les ondes – 7. Diffraction
et interférences – 8. La lumière – 9. La radioactivité
Pour aller plus loin. 10. Transmission et stockage
de l’information – 11. Mécanique quantique
III. Tout ce qu’il faut savoir pour réussir. Chimie
Chimie des solutions. 17. Mise en solution –
18. Réaction chimique et tableau d’avancement –
19. Réaction acido-basique – 20. L’oxydoréduction
Analyse en chimie. 21. Les dosages –
22. Spectrophotométrie – 23. Spectroscopie IR
et RMN – 24. La cinétique
Chimie organique. 25. Les familles chimiques –
26. Réactivité en chimie organique – 27. Stratégie
en synthèse organique
IV. Problèmes
Constitution de la matière. 12. Atomistique –
13. Liaisons et polarité – 14. La mole
Géométrie des molécules. 15. Structure
dans l’espace – 16. Stéréo-isomérie
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Réussir son entrée en prépa
Tle S
MATHS
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Les auteurs
Yann Lozier est professeur en classe préparatoire PCSI
au lycée Frédéric Mistral en Avignon.
Olivier Levasseur est enseignant dans le secondaire au lycée
Montmajour en Arles. Il intervient également à l’Université de Nîmes.
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• L’essentiel du cours de lycée à maı̂triser
et des passerelles vers la prépa
• Des objectifs pour réussir sa rentrée et sa 1re année
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Réussir son entrée en Prépa – PHYSIQUE • CHIMIE
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