Plan de cours - Cégep de l`Abitibi

Plan de cours
Titre du cours : Électricité et magnétisme
Numéro du cours : 203-NYB-05
Pondération : 3-2-3
Programme :
Sciences de la nature
200.B0
Discipline : Physique
Préalable : 203-NYA-05 (Mécanique)
Professeur : Michèle Paré
Bureau : 3209A
Téléphone : 819-874-3837 poste 7496
Courriel : [email protected]
Site Web : http://cegepat.qc.ca/michele_pare
Coordonnateur du
département :
Sébastien Fortin
Bureau : 4302-D, Campus de Rouyn
Téléphone : 819-762-0931 poste 1460
Courriel : [email protected]
Département : Physique
Campus : Val-d’Or
Session : Automne 2016

2
2
1. Présentation
a) Présentation du programme :
Le programme Sciences de la nature vise à donner à l'étudiant une formation équilibrée, intégrant les
composantes de base d'une formation scientifique et d'une formation générale rigoureuse, le rendant
apte à poursuivre des études universitaires en Sciences pures, en Sciences appliquées ou en Sciences
de la santé. La physique, la biologie, la chimie et les mathématiques ont été retenues comme
disciplines principales de la formation spécifique. Le corpus du programme inclut trois cours
obligatoires de physique de base : Mécanique, Électricité et magnétisme ainsi que Ondes, optique et
physique moderne.
b) Présentation de la discipline :
La physique est une discipline visant à décrire et à prédire l’ensemble des phénomènes réels et ce,
pour les échelles de grandeur allant de l’infiniment petit à l’infiniment grand. Cette science s’est
érigée :
 À partir d’observations : on développe une théorie prédisant et expliquant celles-ci.
 En élaborant une théorie : on la vérifie ou l’invalide par des observations faites en
laboratoire.
Naturellement, avec comme but d’expliquer tous les phénomènes réels à toutes les échelles, la
physique est en lien avec toutes les autres disciplines spécifiques au programme.
c) Lien de ce cours avec le programme :
Ce second cours de physique permet à l’étudiant d’approfondir les méthodes et principes particuliers
à la physique, ainsi qu’aux lois et aux théories qui sont propres à l’électromagnétisme. Ce cours fait
appel aux notions vues dans les cours de Mécanique, d’Algèbre linéaire et de Calcul différentiel et
intégral. De plus, il donne à l’étudiant des connaissances nécessaires pour aborder les autres cours
obligatoires du programme.
d) Cible de formation :
Ce cours initie l’étudiant aux grandes lois qui régissent l’électromagnétisme à l’échelle
macroscopique et microscopique. Il aborde de façon plus explicite la charge électrique, les champ et
force électriques, les potentiel et énergie électriques, la capacité, la résistance, l’analyse de circuits
simples, le champ magnétique, l’induction électromagnétique et l’inductance.
Formation générale :
français, philosophie, éducation
physique, langue seconde, cours
complémentaire
Formation spécifique :
physique, biologie, chimie,
mathématiques, cours optionnels
Activités
d’intégration ÉSP

3
3
Au laboratoire, l’étudiant se familiarise avec la méthode expérimentale et apprend à rédiger un
rapport de laboratoire complet et un poster. Ce cours est préalable pour le cours Activités
d’intégration.
2. Compétence et éléments de compétence visés par ce cours
La compétence à atteindre pour ce cours est:
Analyser différentes situations et phénomènes physiques à partir des lois fondamentales
de l’électricité et du magnétisme.
Les éléments de compétence du cours sont les suivants :
 Analyser les situations physiques reliées aux charges électriques au repos et au courant électrique.
 Analyser les situations physiques reliées au magnétisme et à l’induction magnétique.
 Appliquer les lois de l’électricité et du magnétisme.
 Vérifier expérimentalement quelques lois de l’électricité et du magnétisme.
Seuil de réussite :
 Pour tous les éléments de compétence, l’étudiant démontre l’atteinte du seuil de réussite en
sollicitant les critères de performance suivants:
o Une utilisation appropriée des concepts, des lois et des principes.
o Une schématisation adéquate des situations physiques.
o Une représentation graphique adaptée à la nature des phénomènes.
o Une justification des étapes retenues pour l’analyse des situations.
o Une application rigoureuse des lois de l’électricité et du magnétisme.
o Un jugement critique des résultats.
o Une interprétation des limites des modèles.
 Pour le dernier objectif, les critères de performance suivants s’ajoutent:
o Une expérimentation minutieuse.
o Une utilisation appropriée des instruments de mesure.
o La rédaction de rapports de laboratoire selon les normes établies.

4
4
3. Contenu et déroulement des activités
Déroulement du cours :
Dans ce deuxième cours de physique, la session débute par l’introduction de la force électrique et de son
intermédiaire, le champ électrique. Le même cheminement est repris, plus tard dans la session, pour la
force magnétique et le champ qui lui est associé.
Dans un second temps, les notions de courant électrique et la résistance offerte à celui-ci lorsqu’il traverse
différentes composantes électroniques sont abordées. L’étude du comportement de circuits électroniques
simples assure une meilleure intégration de cette section du cours.
Enfin, l’induction électromagnétique et l’inductance sont définies : soit deux phénomènes reliés à des
variations du flux magnétique dont les applications sont au cœur des centrales électriques et de la
technologie moderne.
Des manipulations effectuées en laboratoire servent à mieux comprendre les lois et principes reliés à
l’électricité et au magnétisme introduits tout au long du cours. Des applications techniques tirées de la vie
courante et de la technologie sont abordées en classe.
Finalement, les grandes étapes du développement de l’électromagnétisme sont situées dans leur contexte
historique.

Énoncé de la compétence : Analyser différentes situations ou phénomènes physiques à partir des lois fondamentales de
l’électricité et du magnétisme.
Éléments de compétence Éléments de
contenu Principaux critères de performance et d’évaluation Mise en contexte des critères de performance avec le contenu du cours
Appliquer les lois de l’électricité
et du magnétisme.
Tous les éléments de
contenu. a. Application rigoureuse des lois de l’électricité et du magnétisme.
b. Utilisation appropriée des concepts,
des principes et des lois.
a. L’étudiant reconnaît et explique les différentes forces pouvant être
appliquées sur un objet (électrique, magnétique,…). Il identifie
l’intermédiaire des forces présentes (champ électrique, champ
magnétique,…). Il connaît les sources produisant les champs : charges
électriques, pôles magnétiques et courants électriques. Il applique
adéquatement les lois : de Coulomb, du « découpage », de Biot-Savart,
de Kirchhoff, les théorèmes de Gauss et d’Ampère,…
b. L’étudiant reformule les notions propres à un champ de force. Il dessine
les lignes de champ autour d’une source. Il détermine l’équation et la
valeur du champ et du potentiel en un point autour de la ou des sources.
Analyser les situations
physiques reliées aux charges
électriques au repos et au
courant électrique.
 Électrostatique :
charge, force, champ,
potentiel, énergie.
 Électrocinétique :
courant, circuit,
énergie, puissance.
a. Utilisation appropriée des concepts,
des principes et des lois.
b. Schématisation adéquate des
situations physiques.
c. Représentation graphique adaptée à
la nature des phénomènes.
d. Justification des étapes retenues
pour l’analyse des situations.
e. Interprétation des limites des
modèles.
a. L’étudiant distingue les différentes notions associées à l’électrostatique.
Il identifie, pour différents matériaux (conducteurs, isolants, semi-
conducteurs, diélectriques), les caractéristiques importantes
(conductivité, résistivité,…). Il donne, pour différentes charges
électriques : le champ électrique, la force exercée entre les charges, le
potentiel électrique autour de celles-ci et l’énergie d’un système
accumulant des charges. Il utilise adéquatement les équations de la
cinématique du mouvement de translation (à une ou deux dimensions
spatiales) pour décrire la trajectoire d’une charge dans un champ
électrique. Il définit le courant et la densité de courant électriques. Il
explique et étudie le comportement du courant dans un circuit. Il calcule
l’énergie et la puissance dans un circuit comprenant des condensateurs,
forces électromotrices, piles et résistances.
b. L’étudiant produit un schéma cohérent avec l’énoncé d’un exercice,
d’un problème ou d’une mise en situation. Il dessine les lignes de
champ autour des objets chargés électriquement.
c. L’étudiant produit et analyse des graphiques du comportement du
champ, du potentiel, de la puissance,… pour différentes situations.
d. L’étudiant justifie les étapes retenues lorsqu’il met en place les
démonstrations des équations du champ et du potentiel électriques en un
point.
e. L’étudiant identifie les limites des modèles (objets aux dimensions
infinies ou aux formes finies particulières).
Analyser les situations
physiques reliées au
magnétisme et à l’induction
 Magnétisme :
aimant, force, champ
magnétique.
a. Utilisation appropriée des concepts,
des principes et des lois.
b. Schématisation adéquate des
a. L’étudiant distingue les différentes notions associées au magnétisme et
à l’induction magnétique. Il donne, pour différentes sources
magnétiques : le champ magnétique, la force exercée entre les objets et