Activité - Ecole numérique

Auteurs
Evaluateurs
Centre National Pédagogique
PHYSIQUE
PHYSIQUE
Ftouh DAOUD :Inspecteur Général de l’Education
Adelhafidh GHARBI :Professeur de l’Enseignement Supérieur
Slaheddine MIMOUNI :Inspecteur
Abdelhamid BEN HENDA :Inspecteur Principal
Saloua FENNICHE TRABELSI :Inspectrice
Chafik TOULGUI :Professeur Principal
2ème année de l’enseignement secondaire
SCIENCES
REPUBLIQUE TUNISIENNE
MINISTERE DE L’EDUCATION

© Tous droits réservés au CNP

L’ouvrage que nous présentons est le manuel de Physique de l’élève conforme au programme de la deuxième
année secondaire de la section SCIENCES. L’absence de livre du professeur à ces niveaux d’enseignement, a
amené les auteurs à concevoir et réaliser un manuel destiné à devenir un outil de travail pour l’élève autant que
pour le professeur. En effet :
En ce qui concerne le premier utilisateur qu’est l’élève, l’ouvrage poursuit un double objectif :
∗séduire l’élève en proposant des démarches qui s’appuient sur l’observation de l’environnement familier et
quotidien ; cela revient à faire sortir l’enseignement de la Physique du cadre étroit et rébarbatif du laboratoire vers
une prise directe sur la réalité, d’une part, et montrer que des phénomènes communs très variés sont explicables
grâce à un petit nombre de lois physiques, d’autre part.
∗Inculquer des savoir et des savoir-faire rigoureux susceptibles de constituer une plateforme solide sur
laquelle pourra s‘ancrer ultérieurement un enseignement scientifique plus approfondi.
Le professeur de Physique, quant à lui, trouvera dans ce manuel une source d’inspiration suffisamment riche
pour réaliser un cours personnel. En effet, là où un seul exemple d’observation ou une seule expérience suffisent
souvent pour introduire la notion ou saisir le concept, leur multiplication peut parfois donner une impression de
redondance que le lecteur pressé pourrait reprocher à certains passages. Les auteurs ont fait ce choix dans le
dessein d’enrichir le contenu tout en laissant à l’enseignant la marge nécessaire pour choisir librement, dans un
large éventail, l’exemple le plus pertinent et l’observation la plus conforme au vécu de ses élèves, d’une part, et
aux possibilités de son laboratoire, d’autre part.
La rédaction du manuel s’est attachée à souligner l’essentiel mais avec le souci constant d’éviter de tomber
dans le superficiel et de maintenir une ligne de rigueur dans les raisonnements et les protocoles expérimentaux.
Dans chaque chapitre, l’aspect expérimental est prédominant ; les expériences sélectionnées font rarement
intervenir un matériel de laboratoire sophistiqué, par contre elles sont souvent facilement reproductibles par l’élève
lui-même hors de la classe et avec des moyens matériels ordinaires et courants. Le but n’est pas de promouvoir
un enseignement de la physique du pauvre, mais essentiellement d’aiguiser le sens de l’observation de l’élève,
d’exciter et d’entretenir sa curiosité scientifique. Les nombreuses questions que le lecteur rencontre sous les titres
«ACTIVITE» ou «SITUATION» vont dans ce sens. L’élève est ainsi mis sur la voie qui lui permet d’acquérir des
capacités réelles d’interrogation et d’exploration de la réalité physique qui l’entoure avec l’oeil de l’investigateur
scientifique objectif.
Des EXERCICES RESOLUS ponctuent le cours.On les rencontre chaque fois que la résolution de problèmes,
mettant en jeu les notions et concepts introduits, nécessite la mise en pratique de méthodes particulières ou des
mécanismes de raisonnement dont l’acquisition est déterminante pour la suite. L’acquisition de ces éléments de
méthodologie permet à l’élève d’aborder par ses propres moyens la résolution des exercices de chaque chapitre.
La rubrique ACTIVITE EXPERIMENTALE, est un prolongement du volet expérimental du cours de chaque
chapitre qui peut faire l’objet d’une séance de TP ou de TP-cours .Certaines expériences du cours y sont parfois
carrément reprises ou seulement complétées par d’autres en vue de couvrir la totalité des objectifs visés par le
chapitre.
L’ESSENTIEL DU COURS résume les savoir et savoir-faire importants à retenir tout en explicitant les objectifs
visés par le programme et inscrits en tête de chaque chapitre. Placée juste avant les exercices, cette rubrique
permet à l’élève une consultation immédiate et aisée.
L’évaluation fait l’objet de la rubrique EXERCICES divisée en deux niveaux :
∗«Ai-je retenu l’essentiel ? » : Des exercices variés (QCM, textes à compléter...) permettent d’évaluer les
capacités de type A1.
∗«Je sais appliquer le cours» : Des exercices de difficultés graduées permettent d’évaluer et consolider les
savoir toutes capacités confondues.
«INFOSCIENCE» réalise des ouvertures en direction d’autres champs de la connaissance humaine en
relation directe avec le cours du chapitre concerné : Sciences appliquées, Technique, Sciences de la vie et de la
Terre, Histoire des Sciences, Problèmes de l’environnement...
Les auteurs accueilleront volontiers toutes suggestions, remarques et critiques de la part de tous leurs
collègues et, par avance, les en remercient.
PRÉFACE
Les Auteurs

L’énergie électrique indispensable à notre société est transportée
sous de très hautes tensions, 220 000 V par exemple et 400 000 V sur
certains réseaux de distribution.
La production de cette énergie s’accompagne malheureusement
d’une dégradation presque inévitable de notre environnement. Chaque
lampe que l’on allume ou que l’on oublie d’éteindre contribue à
l’accumulation de CO2dans l’atmosphère et donc à l’échauffement de la
planète par l’effet de serre.
CIRCUITS
CIRCUITS
ÉLECTRIQUES
ÉLECTRIQUES
PARTIE 1

1chapitre 1 : Puissance et énergie électrique
PUISSANCE
ET
ÉNERGIE ÉLECTRIQUE
Tous ces appareils fonctionnent sous la même tension du secteur 220 V.
Ils se distinguent entre eux par des puissances de chauffe différente.
Déterminer la puissance électrique mise en jeu dans une portion de circuit électrique ;
Déterminer l’énergie électrique mise en jeu dans une portion de circuit pendant un intervalle de
temps )t ;
Distinguer un récepteur actif d’un récepteur passif ;
Mesurer une puissance électrique avec un wattmètre.
OBJECTIFS
1
CHAPITRE
1chapitre 2 : Conductibilité électrique
Distinguer un bon conducteur d’un mauvais conducteur du courant électrique
Comparer la conductibilité électrique de divers matériaux
Mesurer à l’ohmmètre la résistance électrique d’un conducteur
Expliquer le principe de fonctionnement du rhéostat ou du potentiomètre
Définir la résistivité d’un conducteur
Citer des exemples types de variation de la résistivité d’un matériau en fonction
de la température.
OBJECTIFS
Or, cuivre, nichrome... des métaux différents pour des
usages divers en électricité et électronique. Comment faire
son choix dans la vaste gamme des métaux et des alliages ?
CONDUCTIBILITE
ELECTRIQUE
CHAPITRE
2
1chapitre 3 : Récepteurs passifs (1)
Construire point par point ou éventuellement acquérir à l’ordinateur la caractéristique d’un dipôle.
Reconnaître un conducteur ohmique ou résistor grâce à l’aspect linéaire de sa caractéristique
U = f(I).
Connaître la loi d’Ohm relative à un conducteur ohmique
Appliquer la loi d’Ohm pour calculer l’une des trois grandeurs U,I,R connaissant les deux autres
Lire la valeur de la résistance d’un conducteur ohmique en utilisant le code des couleurs.
Déterminer la puissance dissipée par effet Joule dans un conducteur ohmique.
OBJECTIFS
Un grand nombre des composants de ces cartes électroniques sont des
résistors (ou «résistances» dans le jargon des électroniciens) portant des
inscriptions codées en couleurs. Serait-ce pour le même usage que celui de
la «résistance» chauffante du sèche-cheveux ou du fer à repasser ?
RECEPTEURS
PASSIFS (1)
CHAPITRE
3
1chapitre 4 : Récepteurs passifs (2)
Reconnaître et nommer un type d’association de résistors ou conducteurs ohmiques dans un
schéma électrique ou dans un montage.
Appliquer les lois d’association des conducteurs ohmiques.
Appliquer la loi de Joule.
OBJECTIFS
Guirlande et lustre pour décoration lumineuse.
Que se passerait -il si une lampe est grillée dans le 1er ou le 2ème cas ?
RECEPTEURS
PASSIFS (2)
CHAPITRE
4
1chapitre 5 : Récepteurs actifs
Identifier un récepteur actif dans un montage ou sur un schéma électrique.
Réaliser le montage d’étude d’un récepteur actif.
Tracer la caractéristique U = f(I) d’un récepteur actif.
Déterminer graphiquement les grandeurs caractérisant un récepteur actif.
Appliquer la loi d’Ohm relative à un récepteur actif.
Calculer la puissance utile d’un récepteur actif.
Calculer le rendement d’un récepteur actif.
OBJECTIFS
L’énergie électrique est utilisée pour d’autres besoins que le chauffage : pro-
duction de mouvements, électrolyse industrielle (réactions chimiques) ...
RECEPTEURS ACTIFS
CHAPITRE
5
Page 8
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Page 37
1chapitre 7 : Adaptation : Loi de pouillet
Déterminer graphiquement le point de fonctionnement d’un circuit constitué d’un générateur et
d’un récepteur.
Appliquer la loi de Pouillet pour la détermination de l’intensité du courant qui circule dans un cir-
cuit comportant des générateurs et des récepteurs montés en série.
Résoudre un problème d’adaptation entre un générateur et un récepteur par la méthode gra-
phique.
Résoudre un problème d’adaptation entre un générateur et un récepteur en appliquant la loi de
Pouillet.
OBJECTIFS
Chacune de ces lampes est un récepteur passif que l’on peut associer
avec l’un de ces générateurs. Toutes les associations sont-elles possibles ?
Toutes les associations possibles donnent-elles un fonctionnement satisfai-
sant de la lampe ?
ADAPTATION :
LOI DE POUILLET
CHAPITRE
7
1chapitre 8 : Le courant alternatif
Reconnaître une tension variable.
Reconnaître une tension variable périodique.
Déterminer la période, la fréquence et l’amplitude d’un tension périodique.
Reconnaître une tension alternative.
Reconnaître une tension alternative sinusoïdale.
Mesurer à l’aide d’un voltmètre une tension efficace.
Mesurer à l’aide d’un ampèremètre une intensité efficace.
Calculer le rapport en tension et celui en intensité d’un transformateur.
Donner les caractéristiques de la tension du secteur.
Reconnaître les dangers du courant du secteur et appliquer les règles de sécurité.
Utiliser à bon escient un transformateur.
Schématiser et réaliser un montage permettant de redresser un courant alternatif.
OBJECTIFS
La production et la distribution du courant du secteur nécessite la cons-
truction de machines électriques très lourdes : leur principe de fonctionn-
ment est-il différent des composants miniatures que nous utilisons quoti-
diennement ?
LE COURANT ALTER-
NATIF
CHAPITRE
8
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1chapitre 6 : Le dipôle générateur
Identifier un dipôle générateur dans un montage ou sur un schéma électrique.
Réaliser le montage d’étude du dipôle générateur.
Tracer la caractéristique U = f(I) du dipôle générateur.
Déterminer graphiquement la f.e.m. et la résistance interne du dipôle générateur.
Appliquer la loi d’Ohm relative à un dipôle générateur.
Calculer la puissance utile d’un dipôle générateur.
Calculer le rendement d’un dipôle générateur.
Caractériser le générateur équivalent à une association de générateur en série et à une associ-
ation en parallèle.
OBJECTIFS
Chaque éolienne est un convertisseur de l’énergie mécanique du vent en
électricité ; c’est un générateur complet ; comment tous ces générateurs sont-
ils associés pour alimenter par un seul câble un ensemble d’habitations ?
Champ d’éoliennes
LE DIPÔLE GENERA-
TEUR
CHAPITRE
6
Sommaire