Programme Harmonisé de Physique, se année.

ECOLES EUROPEENNES
1998-0-45
Orlg.: FR
Version: FR
Programme de Physique en 6ème et
7ème années
APPROUVÉ PAR LE CONSEIL SUPERIEUR DES 28 ET 29 avril1998
À Kabenhavn
Entrera en application
en 6ème année en septembre 1998
en ?ème année en septembre 1999
· r
Ecoles Européennes
mai 1997
Programme Harmonisé de Physique
Classes de se et 7e.
Preambule
1
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1. Introduction.
L'option physique à 4 périodes dans les Ecoles Européennes pourrait être comparée à l'ultime
courbe d'une spirale, dans la mesure où elle reprend, développe et approfondit des
notions de physique introduites en 4e et en 5e.
Elle représente pour un nombre important d'élèves la partie finale de leurs études de physique.
et pour d'autres une préparation aux études supérieures.
II. Buts.
Puisque le cours se base sur le travail effectué en 4e et 5e, les objectifs evoqués en détail dans
le préambule aux programmes de ces années s'appliquent ici également. Il convient de
s'y référer.
A ces objectifs s'ajoute. pour les élèves, la nécessité, évoquée ci-dessus, d'atteindre un niveau
de connaissances et de d ·aptitudes qui leur permettra d'aborder des études universitaires
de sciences ou d'ingénieur, avec autant de chances de réussite qu'un élève qui a suivi un
cours comparable dans un des états-membres.
En plus. à ce niveau. la notion de modèle scientifique prend pour la première fois une place
spécifique. Les élèves doivent aniver à comprendre l'écart qui existe entre Je modèle et
la réalité. et à apprécier la force et les limites des modèles tels que le modèle ondulatoire
de la lumière. ou des modèles différents de l'atome d'Hydrogène.
III. Selection et enseignement.
1.
Population visée.
(a).
Professionnels potentiels.
Le cours est destiné directement aux élèves voulant faire des études à
caractère académique et scientifique. p. ex. la physique même. les
études d'ingénieur. l'architecture. ou les mathématiques. Mais des
élèves choisissant de faire d ·autres études profiteront aussi de ces
cours de physique. soit plus tard au cours de leurs activités
professionnelles. soit simplement comme partie de leur formation
générale.
(b) .
Le citoyen bien formé.
Le cours de physique option 4h peut donner à un éléve qui n'envisage
ni études scientifiques ni avenir professionnel en rapport avec un
savoir scientifique. la possibilité de développer un aspect important de
,..
.:
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1
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Classes de se et 1e.
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Preamble
sa formation et de sa culture générale. Dans notre societé où des
compétences techniques sont requises à tous les niveaux, une personne
ayant suivi des études de physique à un niveau intermédiaire en tirera
certainement profit.
.,
Conditions d'entrée.
Les élèves qui veulent suivre l'option à 4 périodes en classe de 6e et 7e
doivent faire preuve d'un interêt particulier pour la matière en classe
de s~. et être capables de produire de bons résultats à ce niveau-là sans
investir trop d ·effons. Comme dans d'autres options 4p en classe de
6~, on exigera un effort intellectuel plus poussé qu'en 4eet en
Les
élèves ayant eu des problèmes à obtenir la moyenne en classe de 5e
devront s'abstenir de faire ce choix.
se.
L'élève doit aussi avoir un certain niveau en mathématiques. Ceci ne veut
pas dire qu'il faut obligatoirement suivre le cours de maths à 5p; ceci
n'est obligatoire que pour les élèves qui veulent faire des études
scientifiques. Pour les autres élèves qui s'intéressent à cette option
comme faisant panie de leur formation générale, et qui sont bons en
mathématiques. ils sont libres de prendre l'option maths à 3p. afin de
pouvoir la combiner avec d'autres cours. Toutefois, ceux qui ont eu
des difficultés à suivre les cours de mathématiques en classe de 5e ne
pourront pas suivre l'option physique 4h.
3.
Enseignement.
JI n'y a pas de cours de science sans travaux pratiques; les activités
scientifiques consistent essentiellement à faire des observations. à les
mettre en relation les unes avec les autres, à en tirer des conclusions et
à les vérifier. Les phénomènes qui sont à la base des connaissances
concrètes du cours de physique doivent par conséquent être observés.
dans la mesure du possible. dans Je laboratoire ou dans la salle de
classe: et il est vivement souhaitable que les élèves fassent euxmêmes autant de manipulations que Je temps disponible pennettra.
En plus. les élèves apprendront à se servir des moyens traditionnels (les
livres de référence et les études personnelles) mais ils bénéficieront
également d'une initiation aux méthodes que les technologies
nouvelles mettent à la disposition de la science, à savoir:
-
la saisie et le stockage des données par ordinateur
le traitement des données par ordinateur
les simulations
l'utilisation, le cas échéant. du matériel multi-media et des
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ressources offertes par Internet.
Les élèves doivent aussi comprendre clairement les limites des méthodes
informatisées. afin d'éviter (p. ex.), l'erreur de prendre les simulations
pour des expériences.
IV. Matiére et évaluation.
Table des matières enseignées:
se année:
Section M. Méchanique.
Cinématique bi- et tridimensionelle; dynamique d'un corps ponctuel
Formulations vectorielles.
Conservation de l'énergie et de la quantité de mouvement.
Mouvement circulaires uniforme.
Mouvement hannonique.
Section F. Champs électrique et magnétique.
Champs électrique radiale et uniforme énergie potentielle électrique:
potentiel électrique.
Capacité.
Champs magnétique uniforme: le solenoïde.
Effet Hall.
Induction électromagnétique.
Option. Un des thèmes suivants est à choisir:
Relativité restreinte.
Rotation des corps indéformables.
Courant alternatif.
Thermodynamique.
7e année:
Section F. Physique des champs.
Energie dans les champs .. inverses carrés" et uniformes.
Mouvements des corps ponctuels dans les champs.
Section W. Ondes.
Ondes sinusoïdales. Equation et exemples d'ondes progressives.
Réfraction. réflection. diffraction. interférence des ondes.
,
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Ondes stationnaires.
Effet Doppler.
Section D. Dualité de onde-corpuscule.
Théorie corpusculaire de la lumière.
Effet photoélectrique. Quantité de mouvement de la lumière.
Diffraction des particules. Ondes de Broglie.
Section A. Physique Atomique.
Modèle atomique. Spectres de raies.
Values propres pour l'energie de l'atome d'Hydrogène.
Section N. Physique nucléaire.
Particules élémentaires. Noyau.
Equivalence masse-énergie.
Défaut de masse et énergie de liaison. Energie de liaison par nucléon.
Fission et fusion. Réacteurs nucléaires.
La décroissance radioactive exponentielle; notion de période radioactive.
Séries radioactives.
Le niveau des élèves sera évalué selon le règlement général applicable pour les évaluations en
tin de 6c et de 7e année. qui tient compte également du règlement de 1'examen du
Baccalauréat Européen. D'autres remarques concernant l'évaluation sont ajoutées
comme appendice au programme. Ces remarques sont à lire en parallèle avec
l'appendice aU programme de 4c et 5e annéeS, qui eSt plUS détaillé.
Les sujets pour l'examen écrit du Baccalauréat seront basés sur le programme de la ?e année,
mais ils peuvent faire appel aux connaissances acquises antérieurement. On ne fera pas
appel aux connaissances de la matière enseignée dans les sections "Option" du
programme de 6e.
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se et 7e année.
Appendix
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Lignes directrices pour les questions d'examens.
Les questions pour l'évaluation du cours de physique en 6e et 7e année, et tout particulièrement les
questions pour les épreuves écrites du Baccalauréat et des épreuves partielles, doivent répondre aux critères
élaborés dans l'appendice aux programmes de 4e et de 5e, auquel il convient de se référer, avec des
modifications respectant la différence de niveau. A cet égard on rappelle que le candidat a choisi un cours à
option. tandis qu'en 4e et 5e la physique est obligatoire. Certains de ces critères sont repris ci-dessous, avec
des modifications qui s'appliquent spécifiquement à l'évaluation en classe de 6e et de 7e.
1.
Les questions devront être bien équilibrées, c'est à dire qu'on ne mettra pas
trop l'accent sur la simple mémorisation de données, ni non plus sur des
questions qui font appel à trop d'originalité. L'épreuve doit évaluer, en
premier lieu, la compréhension générale des principes de la physique. et non
la mémoire. ni la capacité de l'élève à faire des substitutions de formules.
2.
Cet équilibre permettra à un élève de capacité moyenne dans la matière, qui
a bien travaillé, d'avoir sans trop de peine une note de 6, et même d'atteindre
7 ou 7.5 s'il s'applique davantage.
3.
Ceci étant donné. on essayera aussi de fournir dans chaque question des
éléments accessibles aux élèves plus faibles (p.ex. des rappels faciles): mais
ces élements ne doivent pas compter pour une proportion importante dans la
note finale. De même on fournira des éléments plus difficiles, ayant pour
but de pem1ettre au bon élève de montrer ses capacités.
4.
L'énoncé des questions ne devra pas être trop long. de façon à ne pas
compliquer inutilement la tâche de lecture et de compréhension. Ceci est
d'autant plus important qu'un certain nombre d'élèves seront obligés de
travailler en langue véhiculaire. à cause des problèmes de création d'options
dans les sections linguistiques à effectif faible.
5.
Il est souhaitable. dans la mesure du possible, de proposer des questions
faisant appel (au moins pour certains éléments) à un éventail de
connaissances touchant plusieurs points du programme. plutôt que de se
limiter à un chapitre ~eulement. Ce procédé permet de mieux évaluer les
capacités de l'élève. et décourage la révision sélective qui se fait parfois pour
une épreuve qui ne contient qu'un nombre restreint de questions.
6.
Si les questions doivent se baser sur les principes acquis dans le programme
lui-même. ceci n'exclut pas la possibilité de poser des questions qui
demandent au candidat d'appliquer ces principes à des situations autres que
celles qui sont précisées spécifiquement dans la deuxième colonne du
programme, à condition que ces applications soient assez simples, et que la
totalité d'une question ne soit pas basée là-dessus.
r
""
Ecoles Européennes
Programme Harmonisé de Physique,
...
MATERIEL ET IDEES A INTRODUIRE: DEFINITIONS. UNITES. FORMULAIRES ET SAVOIR-FAIRE
1Dans
~ection M. Mlcaniqw.
lM l.l
Page 1
~
PROGRAMME
CIIAPffRE
~!.t
se année.
Cinématique.
Représentation
vectorielle.
Mouvements
uniformes et
uniformément
accélérés.
MOYENS D'APPROCHE
ce programme, on peut demander aux élèves d'établir les formules citées dans le texte, tandis que
Les formules el les définitions citées dans les
cadres doivent être connues par les élèves, et
peuvent être demandées telles queiiEts.
1
1
Les caractères gras de ce texte sont utilisés pour représenter les grandeurs vectorielles.
Les déplacemenlo;, les vitesses elles accéléralions peuvenl êrre décriiS par des vecleurs. Révision de~ définitions et des relations
de cinématique abordées en quatrième et cinquième années. Introduction du camctère vectoriel de ces grandeurs.
Vitesse
Symbole:
Unité: rns-1
v
Definition: v = lis/M
Vitesse instantanée
= lim41-t(lis/lit)
= dsldt
0
Accélération
Unité: rns-2
Symbole: a
Définition: a= lim (!iv/lit}= dvldt
41 ... 0
Vitesse moyenne
Symbole: <V> ou v
Definition: <V> ... Déplacement vectoriel totalffemps total
,~
Equations horaires des mouvements uniformément accelerés:
v = v0 + at
s =v o1 + a1212
'---------------------..-~r
= u:! + 'lu.1·
,
""'
Ecoles Européennes
Programme Harmonisé de Physique,
"'
se année.
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~
PRVGRAMME
CIIAPffRE
lM 1.-"\
Composition des
,.i1CSSl'S.
M 1.4 l,rojtocliles.
lfemps alloui: 16 périodes
(Ml)
~12
llynamique.
M2.1
Rhisions.
MATER/f:f_ ET IDI:"ES A /NTRO/JUIIU::: I>I:FIS/T/f JNS . UNITL \". I:ORMUIA/IŒS /:T SA\10/R-FA/UE
l fmnpo~itaon J~ Jn• ~ \·itt"''l"' unifurmc'
dan'
,\UJH:NS J>"Af'PFWCI/F.
un pl.111 .
Travaux p1<1IÎ4uc!>: lahlc ;,
Composition de.- deux 'lillt·~scs dont rune C)>J uniforme l"l l"illlln: uniform~IIICIII al"C~Iérée .
coussin d':tir. srroho~cope ... ..
Cene siru.erion sc n•nctmlrc dans le ca~ du mou\ t•mcnl .J'un pruJt'l"tilc tlam J'air. t1ens Je cas où la résio;lance de l'air esl
Traitementtril_!onométrÎliUC ou
nc.'gligeahle. suu~ l'c.>ffcl du poids. la tr:ejc~:tuirc él;lllt parallolltlllt'.
Les c.'lhes Juivcnr ë-trc capa hic' de déduire la pmitinn cl la vilt· .. ~c Je un insl:llll quelconque. à p:trlir des conditions initiale!; ainsi vecloriel . Vitesse de dérive:
marécs. ~:ourants. virc~~c par
tfUe le lemps Je vvll'f aulrt'' car;u:téris1Ît1Ul'\ Ju lill lU\ entent.
rapport ~ J'air cl par rapport du
sol.
Révisiun Jc, nolinn~ tic ha ..c ahun..lécs d;uh lt•s l"<lllf' dc liU;ellli.·mc cll"ÎIIllllièmc :muées. sc~:lions M4.1- M-1.5. en introJuisanl cl
en suulignanl le c;uacrè.•n.- \"c.-ch>ricl des forn· ...
ColliJlositinn d~·~ furl"t:' ~·n dt·ux dimcn .. iun'. On Ill' ~:ou,ull:rt'l ;e 'luc Il•, mnu\ cmcuh de .. point~ matériels.
F,•• =r.F
F,••
= 0 <=>
v =constante
F,.. =ma
FAs=-FsA
M2.l force élastique.
La force élastique du tension du ressorr doit être introduire. CllJllus des forœs déjie rencontrées.
Force Elastique •
F=-kAS
k s'appelle la raideur du ressort.
Expériences dans des lnlins. des
Sysl~mes liés tels qu'ascenseurs. véhicules remorqués uinsi que les sy!>tèmcs soumis l des forces non parallèles, par exemple surlascenscurs,des ru~ées etc.
un plan incliné.
,
"""
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Programme Harmonisé de Physique,
"'
1\t l.J
~12.4
se année.
Page 3
~
PRVGRAMMJ..
CIIAPITRE
Furc:c dissipalin•.
Gr:n·ilalion
universelle.
MATI~/UEI. Er IIJ/:1:S A
INTIU JO L'IN!:·: IJI:FIN/flt JNS . UNrtFS. FORMUI.AIRI:'S ~TSAVO/R-FA/RE
1f>,~I:IIS!'olllll 4(Ualtl;lll\ ,. ,,,., dkh ,J,·~ fur~·,., dt"l(l;lfl\ ,., '"""~' lllt'llh
'"''"''l'l n.... ll.').
ICIIIJI'o l(IIÎ lolllht'lll d:ut'o l'cau,
parachute. viresse li111Îil' d'un
Deux .s':lidcs à rép:nl.llion ~pht!rilJUC de .ma"c d~ml le~ ma:o.,~·~ '""1 M cl 111. cl c..lonl le~ centres sonl ~é~arés p;~r la c.Ji.,lancc d sonl ,ohjcr Cl~ chur~ lihn.: ..
soum1s a une force d :lllral'llllll pruporllonncllc a leur, ma~~l'~ cl Ill\ erscmenr proporllllrinelle au c;~rre de la d1s1ance d.
Appare1l dt• <. '" end1sh.
Force gravitationnelle .
/FI= Gm,m 2 lc:J2
où G s'appelle la constante gravitationnelle universelle
!M2.5 Variation de g.
tr~mp.s alloui: 10 piriod~.s
(MZJ
~3.
Loisde
Conservalion.
lM 3.1 Éner&ie.
MOH:NS I> 'M'I'ROCIIf:·
la valeur du ch;unp gnwit;•tionnel à w1e distancer du cenrre d'une planèle de masse M esl K =GM!rZ; soit g0 sa valeur à la
surface (rayon = R l. .r:I~:,J = R!Jr!. On ne traiter:a que les masses ponctue ll es. ou bien les masses qui ont une symétrie sphérique.
Le champ créé par une planète. peul être assimilé à un ch;unp umformc Jans le cas c..le mouvements donl J'exlension est faible
par rapport au rayon de la planète.
Les interactions el ré:actions macroscopiques ne modifient pas l'énergie totale d'un système; cependant il peul y avoir un
khange d'énergie d'une forme vers une autre.
La variation d'énergie cinétique d'un solide est égale à la somme des travaux des forces agissant sur Je solide.
W= F·!J.s
W =AEk =!J.(mv212)
Pr~ du surface de la terre. on peut considérer que la force de la gravitation est constante, l'énergie polentielle gravitationelle esl
donc proportionelle la l"altitude au-dessus d'une origine donnée.
Le lravail fourni par une force élastique est le produit de la force moyenne et du déplacement.
,
""'
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Programme Harmonisé de Physique,
"'
se année.
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~
PI{OGRAMMI~
ClfAI'ITRE
MATERIU. ET /IJ/:'FS :\ IN1ROIJL'IIŒ: /JI:F/,\'/1Jt JNS. UNITI:'S. Ft JRMUI.A/UI:'.') /:T SAVO/Il-FA/IU:.:
MOri:N.'i /)'A/'I'Rllnl/:·
W9 = .\E9 = F·.'\s = mg·h
<F>· :\S
For an initially unstretched spring
WB,=
WBI = AEel= hF'/\S
=h
k t\s2
D:ms ·~ca~ J'um· Jéplan'llll'lll \ails frollenll'lll. l;t 'iOillllll' t.lt• r~m·r~ie c:inélilJUe J'un corps cl Jcs éncr!!ÎCS polenliclles a~soc:iées,Echange J'énergie pour une
au:ilforc:es telle~ lJUc le po•J~ cl la fore~ élas1i4uc e~l c:on~l•mle 11\;th!ri,!IC mécu\ique d'un sy~ti:me).
mas~e nst.·illant au bout d'un
ressort.
Les montagnes russes.
L'aspect v~ctoricl t.lc la défimtinn t.lu tr;tvail C'it à souligner et le c01s nü la force n'est pas parallèle au déplacement est à traiter.
Les éli:\; es Juin· nt Jll.luH•ir mlt·rpréter Je~ éc.:h;m~cs J' éner~ic dan' dt·~ .;ituatiun~ lJUi font appel i1 toutes les formes d'énergie
abordées dans Je cour~ des tJUiltrième et cinquième ;mnécs.
jMJ.l Quantité de
mom·ement.
La vitesse d'un solide
~~trnudifiée
par l'at.·rion d'une force constante F,, pendant la durée Ar.
F,.. M = mi\v (masse constante)
Il s'en suit qu~ lorsqu~ la force est nulle. la qu:mtil.! m. v est constmle, on l'itppell~ la quantité de mouvement du solide. Le
membre de gauche de l'équation est appelé J'impulsion de la force.
En fonc.:tion du niveau Je J;&
classe on pourra traiter l:t
pression du gaz. dans le cas où
[Note: il faut faire aumrimr/ors de la tradut"titm de "/mpulst'" {til)= "Kraftstoss" (de)= "/mpulsio11" ifr) et de "Quantité del l'option thennodynamique n'a
mouvtmtllt"(fr)
=lmpul.fe (dt)= "mom('lllum" (m))
pas été choisie.
'•
,
...,
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se année.
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\...
PROGRAMMI~
CIIAPJTRE
-""
MATI:..R/H, fT 1/JU:S A IN1R< J/Jllfi{L· /JI:F/1\'/JJl JNS. UN/lES. F< JI<MULAIRES ET SAVOIR-FA/lU~
MOŒNS n·A/'1'/WCIIE
Quantité de mouvement
Symbole p
Unité: kg ms·1
p=mv
La quantité Je.- mouvcmt•nttl'un ~ystèmc de plu!>n:ur~ ~olidc,, ""umis unÎtlut:mt:nt ;, des forces intemes, est constante du fait de 'Etude expérimentale des
l':~ppli~o::~lton Je la loi tl1· J':~~:IÎtlll et Je la ré:Kiion. Cc.- résultat pl.'ul s\·xprimc.-r Je f:tçon plus fondamentale de la façon suivante: explosions cl des collisions.
"Newton's cradle··.
F,,5 = dpldt en général
=ma (masse constante)
Recul d'un canon: train
d'atterissage: moteur de fusée:
ceintures Je sécurité: jer.~ d'eau.
I:.mnvn =constante (système fenné)
Cependant. en fonction du
niveau de la classe on pourra
Un choc après b.Jucl lc:s deux solides sont solidaires. s'appelle un d1ot.: p:~rfaitement inélastique. Un choc dans lequel l'énergie étudier les systèmes de ma,se
t.:inétique se conserve est dit parfaitement élastique. La conservation de la qu;mtité de mouvement est à étudier dans un espace à vari:tble. p.ex. le vol d'une
fusée.
deux dimensions. Il y a lransfonnalion d'énergie cinétique en énergie interne au ~:ours d'un choc inélastique.
L'étude des
jM3.3 Chocs.
tTemps al/oui: 16 périodes
(M3)
JM.a
IM4.t
syst~mes
Je masse variable n'est pas demandée.
Mouvements
circulaires
uniformes.
Définitions de 8~. 1Description du mouvement d'un point qui tourne autour d'un autre point fixe. par l'angle parcouru pendant une durée donnée el Tournedisquc: rotation cf
révolution de la terre.
par le rayon de la trajectoire. L'angle balayé par seconde s'appelle la vitesse angulaire. Le caractère vectoriel de la vitesse
angulaire peut être mentionné. sans insister.
,
'"'
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se année.
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...
~
-PROGRAMME
ClltlP/11lE
MATER/FI.
cr /1)/:"f:"S ..\ INTIU >!Jl 1/NF: !JI-.FISIT/l JNS.
l!Nr!FS . 1-DRMU/.A//U:·s cr SAV0/1?-FA/Rf
MOY/:NS f>'AI'l'f((){'lff:
Angle
Unité : radian rad
Symbole: o
Definition: Il = d:r (d = arc. r = radius)
Vitesse angulaire
Unité: rad s·1 ou s·'
Symbole: <1>
Definition: u1 = ,\1),:\t
<1> =
vlr
T = 2nhu = 1/ f
!M-1.1
Force centripète.
Vérificaliun cxpcrimeul<tlc.
Un mouvement circulaire ne peur ot\·uir lieu 4ue suu~ l'effet d'une force pu1s4uc ce n'est pas une situation d'équilibre. Cerre
Centrifugeuse,
sèche-linge
furce doit i-trc ct•ntripi.·tc. clt~n cunsétJUCIKC l'an·éléroation l'c., l :aus~i. L'at·rélt:ralion dépend du myon er de la vitesse an!!ulairc.
rotatif. forn-: Coriolis.
Mouvement planétaire.
Poids ault pôles cl ia l't:tlllaleur.
pendule conique elc.
acenl = v2fr = 11>2r
Funi =
11\t.&.J Satellites.
f!'V21r =
m (o2 r
Le mouvement d'un satellite, sous J'effcr d'une force de gravitation peul être circulaire. La période du mouvement est alors
donnée par
4n~r-'tGM. M ét;uu la mas~e du solide central. Cene relation ne fait pas intervenir la masse du sarellile.
r. =
jM.a.4 Rerérentiels.
Un observareur situé d;ms un référentiel en rotation constale une force d'inertie. la force centrifuge.
tTemps alloui: 8 périodes
Le professeur peut choisir entre les diff~rentes méthodes de résolution baliées lioitsur la force centrifuge ou sur la force
(M4)
centripète.
On pourra indiquer les lois de
Kepler. mais il sera di fficile de
les relier au reste du cours si
l'option .. mouvement de
rotation d'un solide" n'est pas
choisie.
,
~
Ecoles Européennes
Programme Harmonisé de Physique,
""
~15.1
Page 7
~
PROGRAMM!~
CHAPITRE
MS
se année.
MATERIEL f:T IDI:ES A INTROJ)U/RE: IJEFINIT/l JNS. UNITES. FORMULA/Rf:S ET SAVOIR-FAIRE
MOYF.NS L>'AI'I'ROCJIE
jùn soi.Je sur ll·qud ;~gtlunc force Je r:•ppd. JmgJc Vl'fS un poml ft xc et Je v;~Jcur propurltonnclle lt la dtslance du soi.Je à ce !Voir J . l ci-dessus .
Mouvemenl
point. décrit un mnun'llll'nl hannoni4ue. Une définition t'tJIIIV:tlcnlc c~l 4uc l'équation horaire. donnant la position du solide par
harmonique.
f)éfinilimls de base. r..tppon :m pninl fi ., e en fnt!l"lion du tempo;, esl tic forme sinusnuble. l.t•s élèves doivent pouvoir montrer l'équivalence de ces
définitions.
Le mouvementtl'un pendule 'impie. el d'une masse "'u' J'inllucnce d'une force élastique (avec ou sans pesanteur) son! des
t•xemplcs Je tttnU\'Ctttt•nl h;~rmonitJUe.
Si l'éner~ic mt:canÎtfUC t'si l·nnsl:mlt'. le moun·mc:nl :ntt:1 une: atttplttudc indépl·tulanlc Ju lemps. Si l'ampliludc diminue au cours
du lemps. on dtll)U 'tl y :1 amurltsscmenl.
Mouvement Harmonique
=- kx or x = A sin wt
Définition:
F
Vitesse:
v = t\(1) cos (1),
Accélération:
a
= -Ao,l sin <of
avec m
Energie:
~
5.2
Échange d'énergie
eotre oscillateurs.
E=
==
(k>O)
l'= (I)(A~- .t~ J'il
= - ro2x
2nf :::. 27tl T
~mA2(1)2
Un oscillateur peul communiquer son mouvement à un :tulre oscillateur qui lui esrlié. Si les deux oscillateurs ont la même
période, l'amplitude de la réponse du second peut ërre imporl;mle ;, panir d'une excitation faible. C'est le phénomène de
résonance. Aucun trailemenl quantitatif n'est requis.
me ol/oul: 10 periods
(MSJ
~ection F. CluJmps
llectriql# et cluJmps
tnllfnltique.
Champ électrique. On dit qu'il existe un champ électrique dans une région de l'espace, où un objet subit une force proportionnelle à sa charge. La
IF.l
IF1.1
Définitions de Base. direction du champ es lia direction de la force qui s'exerce sur une charge lest positive. La valeur du champ est la valeur de la
force qui est exercée sur l'unité de charge.
..__ ......
On peul utiliser l'an .. logie entre
le champ électriyuc el le champ
de gravilalion.
,
~
Ecoles Européennes
Programme Harmonisé de Physique,
""
se année.
Page 8
~
PROGRAMME
C/IAPrTI?E
MATER//~/_
fT II>F.E'i A IN1ROIJL'IRI:.: IJI:FINITIONS. UNITES. FORMULAIRt.;s /:T SAVOIR-FAIRE
MVt'ENS D'APPROCHE
Intensité du champ électrique
Symbole: E
Définition: E
Unité: NC
1•
Vrn- 1
F,Q
On diltiUC: 1,~ dt:unp ,q,·ctrHiuc ,.,, lttttfomtt'. lor'•IU<' ';' dttt'<'lu•n. '"" '''"' l'l ,;, \ ;th·ur ~••nt Ullht;mh dans 1111<' région d~·
l"esp;K<'. 011 Jl<.'UI tlhlt'tttr un t·halll(lt:lct'lntJU<' untft>rlllt' t'li prt·tttti.·tt· :•l'pro\im;thon. entre le~ pbtJUe' d'un ~omlensaleur rl;m
entre lestluelle~ nn ;1pphyuc une ten~ion élc~triyue.
jft.2
Champ éll'CCrique
uniforme.
lft.J
l•otenCiel électrique1L'énergie putcntiellc J'une ch;uge se déplaçant p:trOIII~It•m,·nt au ch;unp ,:Jcclriquc nuit ou décroît en fonction du sens du
eC énergie potenliell c.léplacemelll. Celle éncrgil' est <~ppcléc énergie potentidle électrique. La différence de Jlotentiel éle~trique conduit i1 des
électrique.
reh1tions simples entre tt·;l\·aill't différence de potcntacl (ten~ion électrÙJU<'I.
Répartillon
ch:unp'.
Jl'~
lign<'s til'
Equipotentielles
Travail dans un champ électrique
W= 0.1U
= F·tls =E·Qt\s
si 19 champ 9St uniform9.
Le ptltentiel élc:ctriyue en un point est l'énergie potentielle électrique de J'unité de charge située en ce point.
L'origine des potentiels esl choisie atrbitrairement. Les conventions habituelles sont les suivantes :
a) les charges situées à de grandes distanœ1o de tout autre corps
bl situées sur un conducteur relié à la terre
possèdent Wle ~nergie potenlielle nulle el les points où sont situés ces charges ont des potentiels nuls.
Les relations données ci-dessus peuvent alors être ré~cntes en tem1es de potentiels plutôt qu'en tem1es de différences de
potentiel. Il est important de faire la distinction entre le travail effectué par la force électrique. du travail effeclué par la force
exen::~ par un expénmentaleur déplaçant une charge dans le sens oppos~ au champ.
En fonction du niveau de la
on pourra :ahnrJcr une
fomulat.ion utilisant le calcul--.
différentiel.
cla~se
,
..,
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Programme Harmonisé de Physique,
se année.
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...
PROGlfAMME
CHAPffRE
"""'
MATERIEL ET IDEES A I!VTRODUIRE: DEFINITIONS. UNITES. FORMULAIRES ET SAVOIR-FAIRE
MOYENS D'APPROCHE
Potentiel électrique
UA= EAIQ
d'où le travail nécessaire pour un déplacement d'une charge dans un champ électrique est
WAB
lr.t.4
Champ électrique
radial.
=
Discussion du signe de W AR
O(Ua - UA)
Une ch:uge ponctuelle {ou une répartition ~phérique Je charge) crée un champ électrique dont la valeur e~t proportionnelle à la
charge lol:•le el inversement proportionndle ;ml·arré de la di~tancc au poinl. La valeur de ce champ dépend d'une propriété du
milieu dans lclluell:• charge est placée. la permillivité du milieu.
On pourr.• lrailer la capacité
le potentiel df1 à une ~phère
chargée isolée.
Cl
Intensité du champ électrique du à une charge ponctuelle
E
=014nrr2
Permittivité
la quantité r. est la permittivite du milieu.
Permittivité Relative
Symbole: r,
Unité: Aucune
Il existe une force en 1Jr2. entre deux charges ponctuelles Q 1 ct Q 2 s~parées par la distancer.
On pourra se servir encore une
tTemps Dlloul: 16 plriodes
(FI)
jF.2
Capacité.
Force entre deux charges ponctuelles
F = EO =0 10 2 14nrr2
fois de l'analogie ave le champ s
gm v italinnnc 1.
Expérience de Coulomb.
,
..,
Ecoles Européennes
Progra~me
""
se année.
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~
~PIWGRAMME
CIIAPrrRE
IF2.1
Harmonisé de Physique,
MATERIEL ET 1/)f:'f.'S A INTRODUIRE: IJFFINIT/ONS. UNITES. FORMULAIRES ET SAVOIR-FAIRE
MOYENS D'Af'PROCIIE
Définitions de base. !Toul condul·leurp~ui ~tre Cliar~~ son pnlt•nrid l'!ol alor' mudaflt'.
Oans un !o)"~li.•me dl' Jc.-u\ n•mludeur,. uullal.·m.·nr :lU m<·mc l''''•'lllld. un.· chart,;l.' pl.'ul i:lre lr:msférée J'unl·onducleur à I';IUire Travaux prati4ue~ avet· le~
par un agenc ex.lt'rnl' 1 par l'X un généraleurl. nl;illll am'' llllt' thllt'rt'llt't' dt• pnlt'lllid entre les Jeux cnnducleurs. La différence JI!.! piles. les condensateurs celes
polenlid e,.tprup<•rl•nnn•·llc.- à la d1:n~c lran,ft'rt:c. l.t• <Jnolit·nl t•nlr•· le~ tl,·u\ ~r:mdt·urs est la capat·icé et dépend Je l•• caille des résislanccs.
t'UIHiurft'UI' t'l dt·~ au Ill'' par;un('ue~ du 'Y'It'lllt'.
Capacité
Délinition: C
!F2.2
=01U
Unité: farad F = CV· 1
Condensateur plan. 1Un cond<'n'ialeur plim l''>l fnrmé par Jeux armalure~ plane~. '•'l•:~rée' p:~r
i'>nbnl. Sa capacité esl une fonclion simple de la
surface en regard Je,. :mnalure'>. Je la Jisl:~ncc ~éparoanl le!o armalure~ cl de la perminivité de l'isol;tnl.
1111
Capacité d'un condensateur plan
Relation:
C = r A/d
d'où
r
= CdtA
et alors r peut être exprimé en Fm· 1
f2.3
Stockage d'énergie. 1L'agenc extérieur fuurnil un lr;svail pour charger un ~:un..Jc:n~att'ur. cl Je: l' ént•rgie csl c:rnmag.,sinée d:ms le l·ondensaleur sous
fonne d'énergie polenrielle électrique. Celle énergie esl récupérée ;su cuurs de l•• décharge.
L'énergie ;ICc:umult'e <'SI ..:;akul~e en utilisant l;s \'aleur IIIU}t'IIIIC' dt• la lcn,iun au cnurs de la char!:c.
Energie emmagasinée dans un condensateur plan chargé
E = !-2 OU = ~ Cl.P
= ~~ Q21C
Flash i• cnnJensalcur.
microphones à électrel et à
conden.~alcur. 1is.~;age .
An:1loguc du réservoir d'eau.
,
~
Ecoles Européennes
Programme Harmonisé de Physique,
se année.
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~
PROGRAMME
CHAPrFRE
f2.4 Charge et décharge
d'un condensateur.
f2.5
Association de
condensateurs.
MATER/Et ET IDEES A INTRODUIRE: DEFINITIONS, UN nES. FORMULAIRES ET SAVOIR-FAIRE
MOYENS D'APPROCHE
nergu~ accumu ee ans un te sysl me peut erre comparee ce e accumulée dans un ressort tendu.-Selon le niveau de la classe, on
La variation exponenllelle de la charge en fonction du temp~ de\f:t être introduite de façon qualitative. Indiquer que la durée
JlOurra Imiter la loi
pour qu'un condensateur ail une charge telle que la tension;, sc~ bornes soit une fraction donnée de la tension du générateur. est exponentielle.
proportionnelle ?! la t:apacité er ?lia résistance du circuit. llne conséquence en est que les condensateurs peuvent ëlre utilisés
comme des dispositifs ~ervant à mesurer le lemps. llne con~l:mh! de temps peut être définie en fonction des seules valeurs de la
capacité cl de la résistance.
Une association de condensateurs en parallèle a une capacité ..;gale;, la somme des capacités des condensateurs alors qu'une
association en ~éric rédt11l la capacité de l'ensemble.
~----------------------~
Branchement parallèle:
'femps alloul: 8 périodes
(F1)
c = c, + C2 + c3 + .......
Branchement série:
tiC= tiC, + tiC2 + 11C3 + .......
Constante de temps:
T=RC
Les formules seront données sous forme scalaire seulement.
f 3.
jFJ.J
IFl.l
Révision des notions abordfes dans Je cours de cinquième :mn~e en ce qui concerne le champ magnélique produit par des
Champ magnétique.lcoiuanls électriques, en insisiAnt sur son caractère vectoriel.
La loi de lliot-Sav:~rl pourra
Dfftailioas de base. 1Un élément de couranl (c'esl ~dire une portion de circuit infinimenl perire parcourue par un courant) placé dans un champ
être introduire.
magnétique, est soumis à une force. Cene force est proportionnelle à J'intensité du courant. ?lia longueur de 1\~lément et à la
valeur du champ magnétique. Ceci pennet de mesurer la valeur du champ magnélique comme la force par unité d'inlensilé el pa
Élémeat de c:ouranL 1wtilé de longueur. Le sens et l'orientation de l'élément de circuit par rapport au champ magnétique indique J'orientation du
champ.
,
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se année.
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PIWGRAlJME
CIIAPffRE
MATER/Et ET IDF.F.S A INTRODUIRE:
IJI~ï·"INIT/ONS.
UNITES. FORMULAIRES ET SAVOIR-FAIRE
MOYENS D'APPROCHE
Induction Magnétique ou Densité du Flux Magnetique.
Symbole 8
Unité: tesla T = NA' m·•
F=Bi :\Lsino
lfJ_1
Champ magnétique 1Au cenlrc d'un !oUit;nmJe long. le dt;unpn~•gnéiÎtJUC t''l umfurmc t'l '"valeur dépt·nd Je 1'inlt•n,ilé Ju cou rani el du nomhre Je !Travaux prati<Jues
uni(orme.
Solénoïde.
'Jiirc.•s 1•ar unil<; tk lungu.·ur :1i11'1 tjut· d'tm~· caracr.:,-;,h<JII<' du nulit•u :tppdt:c 'a Jll'fln~ahiliré.
Induction Magnétique due à un solénoïde.
8
=Jlni =11Ni 11
Pour le vide (ou approximativement pour l'air)
~ - ~0
= 4n x 10·7 TA'm'
Perméabilité
la grandeur ~ s'appelle la perméabilité du milieu dans lequel
l'expérience à lieu.
Perméabilité Relative
Symbole: 11,
Définition: ~1, = JIIJI 0
IFJ..a
Unité: Aucune
1
lla lens inn lia li esl le prnduil Je
U. la vilesse Jes porleurs Je
charge. el l:t largeur du
Particules chargfes,Oes pitrticules dmrl:!écs sc déplaç;ml pc:rpc.:nt.lil·ulairemcnl :~u l'h:uup ma~néiÎtJUC forment un cour:tnl c:-1 !'OIII Jonc soumises à l;~ cnnduclcur.
Dans des scmicnm.luctcur~
se dfplacanl dans u (mee déc:rilc t:i-dcssu,.. Ocs porteurs de ch:u!!cs lm\cr,.;llll unl·nndUt:ll"ur pl:u:é pc.:rpendicul;~iremenl :tu chmnp magnélittue
Jnpés
d Jans des fluides. lcs
champ ma&nétique. subissenl une force t.fUi dé"·ic ll·ur ttajectoire donnanl n:ti,.,.:•m:c it une Jiff~rcncc tic polenriel. :tppdéc f.e.m. le signe de n·lle
porleurs
Je charges pcuvcnl
différence de polenliel penne! de dérenniner le signe des porteurs de ch01rge miljorilaires: dans les conducleurs les porteurs
possèder
une charge de
majorilaires sonl chargés négarivement. On donnera une règle pralique pour dérenniner le signe de la f.e.m.
n'imporle quelle signe.
,
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Programme Harmonisé de Physique,
se année.
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PROGRAJ/lJF:
CHAPITRE
MATERIEL ET IDEES A INTRODUIRE: DEFINfi10NS. UNfl'ES. FORMULAIRES ET SAVOIR-FAIRE
MOYENS D'APPROCHE
Charge en mouvement dans un champ magnetique.
F = Bqvsin 0
FJ.s
Induction
Le champ magnéti4uc JlCut ëtre représenté par de~ lignes de llux 1$) duni la densité est égale à la valeur du champ magnéli4ue. On n'insistera pas sur la
él«tromagnécique. Lors4u'un fil esc dépl:u:é dans une diredion perpendicul:lire au champ magnétique. il apparaît dans celui-ci une f.e.m. Une f.e.m définition rigoureuse du flux
apparaît aussi lurstJUe le Oux à tm vers un circuit varie au cuur~ du temps. Les deux phénomènes doivent êcre abordés el
considérés comme étluivalenb. Ce phénomène e~c le phénuml.-ne d'inducCion électromagnétique. La conservation de l'énergie
implique que le ~l'li~ Juu•ur:mt induit est Id 411 'il s 'nppnsc à la l";IIISl' lJIÜ IUJ a dun né naissance. L'allernaCcur est un exemple de
ce phénomène.
magnétique et de l'induction
magnéli~.Jue. ce ttui nécessiterait
lille la détiniCion du wcher soit
traitée avant celle du tesla. Il
suffit que les élèes puissent
manipuler ces grandeurs.
Flux Magnétique.
Symbole '
Unité: weber Wb
= Tm2 = Vs
B=$1Aoù8.1A
Fem Induite
=
U =- A4>/M -MBIM = Bvl
[Nole: 011 f're11dru .{oill lor.{ dr la truducrimJ elu tanu· ft•.m .. qui m• .n'IIIMc•flliJ étre utilisé dam dr.f mu11urls mmlcmes de
plusit'urs luiiJ:Ut.r.]
Si l'option "courant ahcrnatif"
Un courant variable circulant daR!; un solénoïde produic un champ magnécique variable le long de son axe. Une f.e.m esc alors
n'esc pas choisis. on pourra
induite dans le solénoïde lui-même. elle esr proportionnelle à l;t viteslle de changement de l'intensir~ du courant (autoinduction)
traiter la distribucinn de couranc
et dans un circuit adjacent qui ne lui est pas relié (induction mucuelle).Application de J'induction mutuelle: le transfonnateur.
électrique.
r
""'
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Programme Harmonisé de Physique,
se année.
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~
""" PROGRAMME
(ï/APfiRE
MATEIUH.
r::T 1/WI:".\. .'\ INTIU 101 '1/U:·: 0/:FINr/H IN.\·. I!Nr/TS. f-"fJRMUI.AIRES ET SAVOIR-PAIRE
MOYF.NS D'APPROCHE
Inductance et inductance mutuelle.
jrl'mps al/oui: 16 piriodes
Symboles L.M
(F.J).
~ution O. s1cjtls optionntls.
jun des lh;mn suia·ants doit
ilrt clloisi.
pl.
Unité henry H = VsAI =Wb Al
Dans un circuit.
U u cJI,:dt = - Ldildt
Entre deux circuits.
U 11 cJ4,1dt
Muuu~naenl de
ICumhlaun~ J\:,tmhhn· d'un ,.,lu..lt•: tht;o•i·mc tl~' IIIOIII<"IIh.
rolalicm dt.'S sulidt.'S. Cin~lltôiiÏllllt' d'un 'uhd~ <'Il ru1:111on : \ ,,,.~,,· :mt:ulaut· Cri. ;n u'k1.tl1un an~ul:un·
=111 4 Ill
= + 1 :· w:
='t!( + )f
(tl
Mdi/dt
11. .
11
0
0
(1)1/,
(1)11
!&
(1)
rte ·
Energie ciné1i4ue de rulalion ct moment J'inertie.
f
f. A'
=rmr:
= '1~ Jt,l!
Moments d'inertie de o;nlit.lcs
Théorème c.lellun~ens
1
=-
simple~:
puinl. Ji"tuc. h;trrc. c~ lint.lrc. o;phi:re.
=leM + MJ:
Dynamique des solides en rotation el couples.
T =la.
T& =lllw
= (t)i + 2u0
,
..,
Ecoles Européennes
Programme Harmonisé de Physique,
"' 75TWGRAMME
CIIAPffRE
se année.
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MATERIEL ET IDEES A INTRODUIRE: IJEFINITIONS. UNITES. FORMULAIRES ET SAVOIR-FAIRE
[Le moment cinélu~ue el
s01
con,ervallllll.
L = /(1}
[Note: Ot1 pourru .1"1' limita ci mrr truitrmt'lll (J 1clim,·n.Üoll.\. t'li i,~nonmr Ir nJrm"fiorr •·rctorirl du momrtlf du couple. rt Ir
Circuits électriques ''"ira commt• um· qrwmitr ol~:rhriqur t'li fmrcrimr du Jrll.l' f'll.\itif orhitrairr droiJi. 1
en couranl
Qu;uul une buhine llmrnt• sur dle-mëmc dans un dmmp lll<~!!nC.:Iiquc unifnnne. il apparail dans celle-ci un courant alternatif.
alternatif.
1.1. Production d'un
l/(1} = l/() .ÜII <Of
courant allematif.
111 = !nf= !niT
jo1.
1.2. Valeurs efficaces du
courant et de la
lens ion.
La valeur efficilce d'un l·uumnt ;~hermalif ou d'une tension ;~hern;llive est la v:~leur c.le la grandeur continue qui produirait la
mëme puiss;mcc- moyenne . l'our les grandeurs sinsordalc~ :
!,if = lo t..J]
ll,g
bl.J.
Déphasage entre U
and 1. ln•pédance.
Variation de
l'im~ance en
fonction de la
fréquence.
= l/0 1Y2
=
=
=
L'im~dance Z li' un cnmJms;ml électrique ou d'un circuit csl d~finie par Z Vd/0
U,J1,8 . Pour une résistance pure Z R.
mais pour des composants n!ac:tifs ( imluclanc~ uu cundcnl>ah:urs) l'iiiiJlédance dépend d~ la fréquence du courant, et il existe
une différence c.le phase
L\4' entre lJ el 1.
= /lwC
Z1. =roL
Zc
.:\41 =-rt/2 ru l'If quudruturr lll'clll('(')
.:\41 =rt/1 ({1 c'll quuclrururr rl'lurdJ
Ce phénomène peul êrre étudié à J'aide d'un oscilloscope.
<Zc or Zt_)
pl.4. Circuit R·L-C.
L'étude expérimenrale d'un circuit RLC série monrre qu'aux basses el hautes fréquences un des termes réactifs
prépondérant. ce qui produit un déphasage important (positif ou négatif).
est
lol.S. Résonance.
Z = "[RZ + (Zt- Z1YJ
Pour une valeur particulière de la fréquence. Z c.levienr purement résislive er Je déphasage nul. Ce phénomène de résonance est
caractérisé par un minimum aigu d'impédance. La fréquence de résonance esl donnée par:
MOYENS D'APPROCHE
,
~
Ecoles Européennes
Programme Harmonisé de Physique,
"'
se année.
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....o~j
PROGRAMME
CIIAPffRE
MATERIEL ET 1/J/:·Es A IN71lODU/IlE: /JEFINJJJONS. UNITES. FORMULAIRES ET SAVOIR-FAIRE
w "'
Il vfi .C 1
La siluation idéale d;ms l:1t1uelle R scr;~il égale~ zéru. condumut ;, Z = 0 à la résonance. Ues oscillalions auloentrelenues se
mainliemlmicnl lorsllll ·on remplacerait le génér:lleur p01r un cuurt-nrnnt.
joJ.
3.1
Théorie ci11étique
des gaz el
thermodynamique.
Définitions de base.
Zéro absolu.
Propriétés de la
température.
Principe zéro de la
thermodynamique.
Modèle du gaz
parfaiL Uro
Révision des notinns allonll'es tbn.~ le cours de cimJuii.•mc :11111él•: L:ncr!!ÎC iniL'niL' dl~s molécules. tempéralure. Le camctère fini
de l'énergie inteme que puss~Je un !o)'stème 111111lique liUC la qu:tntité J'ént•rgic que l'on peut lui relircr esllimiléc. On peul donc
en déduire llu'•l pourrait e:1;isiL'r une limite infl;m·urc ;un ll'IIIJlér;IIUrt''·
Une différcnœ Je
tempér;~turc
est le
r..creur qui JWrlllel ;, l'l:nergtl' de p:ts'il'r J'un système;, un autre.
Si deux syslèmes sonl à l:tmêmc tempér01ture qu'untrul,tème, 11, sontlnu'i trois;, la mëme h!mpérature, 11\0iis ils ne possèdent
pots nécess01ircment la même l:ncrgie intcrnc.
J"n:ssiun d'un g:11. p:trf:ut: tJëtJU<:IÎIIII i't p;trltr JL·~ défÏrtiltclll' til' b
pression li' un tel g:~1..
absolu.
l'
=tNm <t: > J 13.
jlfi.''!>ICIII
l'l
clt• l;t CIIIOIOiité de IIIOUVCIIICill de J'expression de la
où P esl la prl'S\IOIIllu g;ll, N le nomllrc de mnl.=cules etm 1:~ m:~sse mulécul;~ire.
Cette relation impiÎ<flll. 'l"'• PV ~·,t proporticulll<'l ;, l:c quanlllt; 1111: 'l"'' J'unpt'IIIL·nn"dért·r t.'IIIIIOII.' prnpurtionncllc i1 l'énergie
interne d donc à la h:rupérature. d:~ns un muJdc sunplc dall\ lelfUcllc ch:~kur m;t~sique est constante.
Un lelmod~lc impiÎlllle que le zéro ••bsolu corre~pond ;, Cil\ iron -27J.
faible pression. Jans lequel le libre parcours moyen l'SI gr;111J.
P\'IT l'Jf ('tJIIJfUrrt pour Ulll'
p3.5
IJUt.JIItité
c. c·e,l une bonne approximation d'un gaz réel sous
dr xa: dollllét•.
Réversibilité. OrderjCertaines évolutions naturelles (mélanges. combu~tions ... ) ne peuvent pas être irwersées sans fournir une grande quantité
d'énergie. Tous les mouvements meltenl en jeu des force!> Ji~sipativcs. ct de J'énergie est échangée sous fonnc de chaleur avec lt
et entropie.
milieu extérieur. Les mouvements qui sem l'tient ren:rsihlc:s. ne le sont en fa il qu'en première approximation. L'évolulion
nalurelle d'un syslème se fail d'étals trés ordonnés vers des .=rats d'ordre moins importml. L'entropie mesure l'ordre d'un
MOYENS D'APPROCHE
,.
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Ecoles Européennes
Programme Harmonisé de Physique,
se année.
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\..
PROGRAMME
CHAPITRE
MATERIEL ET IDfES A INTRODUIRE: DEFINITIONS. UNITES. FORMULAIRES ET SAVOIR-FA/RE
système. l'entropies 'accroit lors Je l'evolut1un naturelle des systèmes (méverslbles).
1()3.6
Le second principe
de la
thermodynamique.
Le travail peul être entièremenllransfomu~ en chaleur, mais l'inverse est impossible. La distribulion de l'~nergie dans l'univers
devient par conséquent dc plus en plus dé~on.lunnéc, sans poss1hilité d'utilisation sauf à J'aide d'une intervention externe. Ceci
conslilue le deuxième principe de la lhemwdynamique el est équiv;1lent à dire que la chaleur ne peul pas passer nalurellemenl
d'un système dont la température est plus faible à un système dnnl b lt:mpér;llure est plus élevée (ce qui produirait une
augmentation de J'entropie) .
joJ.7
L'énergie inlerne d'un gal Jlcut ëlre convertie l'arllclll·nu.:ntcn t1av;ul. Ccci requiert une source froide cl une source ch;mde. Il
Moteurs à gaz;
exislc une impmsihilice,: théCirique à J'exislcnœ d'un molc:-ur tlll'nnic.tuc qui ne dissipe pas de chaleur.
transrormation
d'énergie en travail.
Premier principe de
la
thermodynamique.
\04.
Relativité restreinte.IRéférentiels d'inertie: dc~cription de mouvemcnls depuis l'mll·ncur el de l'extérieur de sytèrnes en mouvement.
Les principes de
base.
!Einstein a puslulé tJuc la \'liesse de la lumière ne dépend pas tlu 1éfén:nt1cl d'inerlie chuisi. Ceci est vérifié expérimentotlement.
La vilesse de la lumière est une conslante universelle.
La constance de la vitesse de la lumière a des <.·ons~quences impm1antc:.~ sur le temps. la longueur el la masse dans différenls
La célérité de la
réf~rentiels d 'inc:rlie.
lumière.
jo4J
jo4.2
p4.2.1 Dilatation des
durées.
Pour un ohservotleur se déplaçant à la vitesse v par r;~pport à un référ<.·nticl galiléen. les événements dans ce référentiel sonl
séparés p;~r des Jurées moins f;~ibles qu'elles ne Je sunl pour unohscrv;~teur immobile par rapporl à ce référenliel. L'intervalle de
temps âl est reli6 à l'inlervotlle de lemps propre .1~ 1 •
61
p4.2.2 Contraction des
longueurs.
=6/0 1/1 -Mc): lv,
De même, les dislances obsel'·ées d;ms la dirc:-ctiun Je la vitesse rel;~tive sont plus peliles d'un facleur k.
M =610 (/
-
fl'/cJ: /''1
MOYENS D'APPROCHE
,
~
Ecoles Européennes
Programme Harmonisé de Physique,
"'
se année.
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......
PROGRAMME
CHAPITRE
MATERIEL ET IDEES A INTRODUIRE: 0/:'F/NITU JNS. UNITES. FORMULAIRES ET SAVOIR -FAIRE
jo4.l.J Équh·al~nc~ masse· 1Lol masse d'un syst~m~ dt< pc.· nd d~ sa vit~ssl" par rappurl ;, J'uh,crv:tlt·ur:
én~rgie.
m
=m
0
1{/-
(t·f,J.'f' :
La m01sse m esl éqmvalt·ntc à une énergie E. cc tlui I'CIIIIl'l de r<:umr ln lut'
umsse dans un ~cult• loi .
da~'ique~
de conservation de l'énergie et de la
r·=,,:
frt>mps alloul: 12 plriodt'S
(0)
jL'itUJ:!IliCIIIitli••n dt• ma"'' .\m <l'un 'Y'I~mc <1111
i\111
=l:',lt .:
'<'
<kpbt·c. <'"'"1"'"'1 ;, 1\:m· t~ll· ......:litlue <lu'ilpos.. i.'cJt~ .
MOt'ENS D'APPROCHE
r
~
Ecoles Européennes
Programme Harmonisé de Physique, 78 année.
"'
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PROGRAMME
CHAPITRE
MATERIEL ET IDEES A lfffRODUIRE: DEFINITIONS. UNITES. FORMULAIRES ET SAVOIR-FAIRE.
MOYENS D'APPROCHE
[Programme de 78 année.
~ection F. Physiqu~ d~s
champs.
F 1. Energie dans le
champ radial
Les relations qui sont encadrées peuvent être requises sans démonstration dans les questions du
Baccalauréat. On peut demander aux candidats de démontrer les autres relations. Les durées sont
Indicatives.
Le lravail à fournir pour modifier la distance séparanl des objel!ô de masses m 1 el m2 de ra à rh esl:
W
=Gm 1m2 (/lr
11
On pourra introduire le
potentiel gravitalionncl
-/lr,J.
Fl.l Champ
I R~visions des seclions M2.4. M2 ..5. M4.3. du programme de sixième année.
gravitationnel radial.
' Par convention. l'énergie potentielle de gravitation est prise ~gale à zéro à l'infini. Cela implique que l'~nergie potentielle de
gravitation est négative. la force de gravitation ~lanl auractive.
Energie Potentielle Gravltatlonelle
~----------------------~
Calculs de la masse du soleil el
des planètes; vitesse en orbite.
Les conditions d'un voyage sur
la lune.
Ep =- Gm 1m2 1r
dans un champ gravitationnBI radial
La vitesse de lib~ration d'un objet qui se trouve à la distancer du centre d'une planète de masse M est
,.,,~>~,,...,,
IFt.l Champ électrique.
={2GM1r/ ~
L'~nergie cinétique d'un 5olide en orbite estE._= Gm 1mt2r, ce qui implique que l'~nergie totale est - Gm 1m2 12r.
Par analogie, l'énergie lotale d'une particule légère en orbite autour d'une particule lourde. chargée et immobile est:
Energie Potentielle Electrique
EP =- 01 0~8nE 0 r
dans un champ éiBctriquB radial
-·.
_
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Ecoles Européennes
Programme Harmonisé de Physique, 7e année.
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PROGRAMME
CHAPffRE
IFI.J L'électron volt.
MATERIEL ET IDEES A INTRODUIRE: DEFINITIONS. UNITES, FORMULAIRES ET SAVOIR-FAIRE.
MOYENS l>'API'ROCIIE
jPour Jes petales partacules, de dmaensaons atOOllt~UeS OU ~ubatonuques, al peul être Ulale Je mesurer Je ur energ1e à l'a1de d-une
Wlill! plus petite que le joule. L'~nergie d'une particule qui porte une charge ~lémenraire. accélérée depuis Je repos par une
tension électrique de 1V. est de 1 électron volt (eV).
Electron Volt
Unité: eV
Définition:
Energie t§quivalente ci celle d'un t§lectron accéléré depuis le
repos sous une tension de 7V
~2.
~l.l
~2.2
~2.3
Energie dans un
champ uniforme.
Le champ
gravitationnel
uniforme.
Le champ ilectrique
uniforme.
Le champ
magnétique.
Révision des notions abord~s en quatrième el cinquième années el de la section MJ.I du programme de sixième année.
Révision de la section F 1.1 - F. 1.3 du programme de sixième année.
La force qui s'exerce sur une charge en mouvement dans un champ magnétique étant perpendiculaire à sa vitesse, son travail est
nul et en conséquence l'énergie cinétique de la particule est constante.
~3.
Mouvement des
particules dans les
champs.
lFJ.t Champ
gravitatioanel
uniforme.
Champ
électrique
~3.2
uniforme.
Révision de la section Ml.4 du programme de sixième année.
Comme dans le cas du champ gravitationnel, la trajectoire d'Wle particule chargée dans un champ uniforme est en général
parabolique.
..._
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Ecoles Européennes
Programme Harmonisé de Physique, 7e année.
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PROGRAMME
CHAPITRE
IF303
Champ magnétique ILes équa11ons du mouvement d'une particule chargk dans un champ magné114ue. 1mphquent que la lraJectone est en général
hélicoïdale: l'hélice se ram~ne A un cercle si la vitesse elle champ sont perpendiculaires el li une droite s'ils sont parallèles.
unifor-me.
Le rayon du cercle est donné par r = mv/Bq.
[Note: ici. comme aillt'ur.f. u11 traitt'mrfll \'t'ctoriel rigourt'ux ,.· t'.ft pas niCt>ssaire, mais ln rl~\'t'.f doil·rnt hre capahlr dt'
dtduiu lt' sem dr la fora cl"ullt' r~g/r pratiqur Jimplr).
lf3.4 Applications.
tTtmps alloul: 31 plriodts
(F}
~
MATERIEL ET IDEES A INTRODUIRE: DEFINITIONS. UNITES. FORMULAIRES ET SAVOIR-FAIRE.
clion W. Ondts.
1. Notions de base.
1.1 DéHnitions. Ondes
sinusoïdales.
Un champ magnétique peut servir à trier les particules en fonccion de leur masse, comme dans le cas du spectromètre de masse.
On peul accélérer les particules charg~es, par l'action d'un champ ~lectrique, comme dans un canon à électrons. Les champs
électriques el magnétiques peuvent aussi être utili~és pour dévier le~ particules chargées comme dan!'i un oscilloscope ou un
t~léviseur. On peul utiliser J'action combinée d'un champ électrique el d'un champ magn~rique pour trier des particules en
fonction de leur vitesse. ou pour les accélérer. comme dans le cas du cyclotron. On pourra aborder d'autres applications où des
champs magnétiques et ~lectriques sont utilis~s en combinaison.
MOYF:NS D"APPROCHE
Analogies avec la chute lihre el
avec les mouvemencs
ballisli~.Jues. L"accéléraleur
linéaire.
D':mlres accélérateurs. p. ex. le
synchrotron.
Le microscope électronique. les
lentilles magnéti1.1ues.
Expérience de Millikan.
Un syst~me d'oscillateurs coupl~s. c'est à dire où l'~nergie peut passer d'un à l'autre de proche en proche. pennetla propagation, Expériences avec les pendules
d'une onde progressive. L'c!nergie se propage sans dc!placement d'ensemble de matière.
couplés etc.
Les ondes peuvent être transversales ou longitudinales, selon que la perturbation est perpendiculaire ou parall~le à la direction d(
propagation de l'onde.
Un oscillateur est dit harmonique, ou sinusoïdal, si la perturbation qu'il cr~e est donnée par une loi du type y= A sin rot (voir
sixi~me ann~e). Le renne (J)( est appel~ la phase du mouvement. La perturbation d'un oscillateur voisin a la même amplitude
mais une phase diff~rente (en supposant qu'il n'y a pas de perte d'~nergie). La perturbation sera alors y'= A sin(rot- .1f/»). où
A+ est la diff~rence de phase entre les deux perturbations. La phase varie de façon linéaire en fonction du déplacement dans la
direction de propagation de J'onde. pour une valeur donnée du temps.
jwl.l Equation d'une onde,Dans une onde progressive.
progressive.
la phase d'un oscillateur don~ change de 2Jt au bout du temps 'br. lw. Test la période de l'onde.
la phase d'un oscillateur varie de 2Jt pour deux oscillateurs s~parés par la distance À. C'est la longueur d'onde.
Je ~phasage de deux oscillateurs sépa~s par la distance Ax et pour un incervalle de temps de At est donn~ par:
,
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Ecoles Européennes
Programme Harmonisé de Physique, 7e année.
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-....
~
PROGRAMME
CHAPITRE
MATERIEL ET IDEES A INTRODUIRE: DEFINITIONS. UNITES. FORMULAIRES ET SAVOIR-FAIRE.
MOYENS D'APPROCHE
ât = 2nfli!T- 2rr.â:ciÀ
L'~quation
d'onde d'une onde progressive est:
y =A sit~(2rr.tl T - 2Ju/À)
Une onde progressive a une double ~riodicit~ (dans J'espace et dans le temps).
La vitesse de propagation d'une onde est lu/Ill =À/ T =[À, et est d~finie par la vitesse de déplacement d'une crète (ou d'un
autre point de phase donn~e)
jwl.J Prindpe de Huygens.jLa propagation d'une onde peut être consid~rée comme résultant de la formation d'ondes issues de sources secondaires sur sa
surface d'onde.
Nole gfnénde: L~ nmupt d'mid~ p"met de dkrirt dn pllbwmb~r.f qui sont apparemm~nl tris dijflrents. Or1 devra insister
sur c~t asprcr. tri .mulixnatlllts similitudt>s d~ compllrttmrm d111 son n des tmdes radio, plutlit qu~ sur leur dijftrences.
lW 1.4
Exemples.
ift'l. Notions de base.
jW 1.1 Général
Vitesse de p.-opagation d'une
onde sur une corde: c~ = F/1•
où J.l =mlf (la masse linéïque
de la corde)
Vitesse de p.-opagation des
lin~ique.
ondes sonores:
Les ondes électromagnétiques ont un ~ventail de fr~uences très grand et peuvent être utilis~es pour v~hiculer une information 1c.: a. T où Test la température
(radio), pour éclairer, et pour des usages m61icaux (rayons X) selon leur fréquence. Ce sont des ondes transversales, qui
at-solue.
peuvent se propager dans Je vide l une vitesse c qui est indépendante de la fréquence et qui est une constante fondamentale de la
physique. Il n'est pas nécessaire de traiter en profondeur leur nature et la façon avec laquelle elles se propagent.
Les ondes sonores, ou acoustiques, peuvent se propager dans les solides, les liquides et les gaz. Dam 1'air, la vitesse de
propagation. qui d~pend de la tem~rature. est de 340 ms·l à la tem~rature ordinaire. Dans les gaz, les ondes sonores sont
longitudinales.
Des ondes transversales peuvent se propager sur des cordes avec une célérité qui dépend de la tension de la corde er de la masse
v
Avec tous les types d'onde, on peut observer les phénom~es de rHraction, rênexion, diff'radion, interférence et d'effet
Doppler.
IWl.l R8raction.
Les phénomène!~ seront montrés
dans les situations aussi
diverses que possible (lumière.
La longueur d'onde d'un train d'onde dont la vitesse de propagation change, habituellement à cause d'une modification du
json, cuve à ondes. microondes.
milieu de propagation, varie proportionnellement lia vitesse de propagation (contrairement?. la fréquence). Sous une incidence uhrason ..... )
oblique, cela entraîne un changement de la direction de propagation. Si les angles d'incidence el de réfraction (angles entre les
,
""'
Ecoles Européennes
Programme Harmonisé de Physique, 7e année.
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~
PROGRAMME
CHAPITRE
MATERIEL ET IDEES A INTRODUIRE: DEFINITIONS, UNITES. FORMULAIRES ET SAVOIR-FAIRE.
myons et la normale au d1optre) sont respectivement a et
MOYENS D"Af'f'ROCIIE
JJ. et les v11esses de propagation dans les-aeux milieux. c 1 et c 2• on a
sinalsi11J} =c11c2.
Indice de réfraction d'un milleu
Symbole: n
Définition: n = cie' où
c = vitesse de propagation de l'onde dans le vide
c' = vitesse de propagation de l'onde dans le milieu
jw2.3 Réflexion.
jwl.4 Diffraction.
Un train d'ondes se ~fléchit sur une surface de sorte que l'angle de réflexion soit égal à J'angle d'incidence. Si la surface sur
laquelle a lieu la réflexion appartient à un milieu dans lequel la vitesse de propagation est plus faible, la réflexion s'accompagne
d'un déphasage de 1t.
Une onde plane qui passe par une ouverture "s'étale", en fonction de la longueur d'onde el de la largeur de l'ouverture.Cet effet
On observe aussi ce type de comportement lorsqu'une onde rencontre
un obstacle.
~pend du mpport ').Jd, où d est la largeur de l'ouverture.
jwl.5 loterfmnœ.
~.5.1 Notions de base.
La d~fonnation r~sullant des actions simultan~s de deux ondes en un même point de l'espace et au même instant est égale à la
somme algébrique des défonnations. Ceci constitue le principe de superposition. Si l'on observe une augmentation de
IBallements
J'amplitude, on dit que l'on a affaire à des interférences constructives. Si on observe une diminution de l'amplitude on dit que
l'on a affaire Ades interférences destructives. Lorsqu'il y a superposition d'ondes identiques J'amplitude est comprises entre 0 el
2 fois l'amplitude d'une onde seule. Si les sources des ondes qui inte~renl sont situées en A el B, et sont en phase, il y a
interférence constructive en un point P quelconque si la différence de marche est un multiple entier de longueur d'onde. Il y a
interférence destructive si la différence de marche est un multiple impair de la demi longueur d'onde.
~.5.l Cobmaœ.
On ne peut observer un pMnom~ne d'interférences stable qu'entre deux sources qui ont un d~phasage constant. De telles ondes
sont dites ondes cohérentes. De sources d'ondes cohérentes sont dites sources cohérentes.
,
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Ecoles Européennes
Programme Harmonisé de Physique, 79 année.
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PROGRAMME
CHAPITRE
MATERIEL ET IDEES A I!VTRODUIRE: DEFINITIONS. UNITES, FORMULAIRES Ef SAVOIR-FAIRE.
MOYENS D'APPROC/IE
Différence de marche.
Symbole:
~
Définition:~=
Unité: m
IPA- PB 1dans un point P
où A et 8 sont les positions de deux sources cohérentes.
~.5.3 Ondes stationnaires. 1Elles rl!sullenl des inlerf~rences de deu~~: ondes se d~plaçanl en sens oppos~s. Il apparail des noeuds el des ventres aux poinrs où
les inrerfl!rences sonl soil desttuclives soil consttuctives. Ces poinls se lrouvenl à des posilions déterminl!es de l'espace. Les
ondes doivenl ëtre iuues de source coh~rentes. mais peuvenl en gl!nl!ral avoir n'impone quelle fréquence.
Les poinls où les inlerf~rences sonl destruclives (appelés noeuds de déplacement) sonl séparés par des dislances multiples
enli~res de la longueur d'onde. Enlre chaque noeud se trouve un ventre de déplacement où les interf~rences sont conslruclives.
[Note: til Frafll.:ais, lt termt "ondes station11aires" ne semble irrt utilisl que pour les ondes qui se propagent da11s Ull milieu
limitl dans le c·as où une du ondes est l'onde rljlechie dt /!autre. voir ci-dessus. On veillera à cela pour lvittr des probltmes
lors dt la rraductinn dts questions dt Baccalaurlat.]
p.S.4
Milieux limilni
londamenlal et
bannoaiques.
Tuyaux resonants; corde de
Le cas le plus importanl d'apparilion d'ondes stalionnaires esl celui où le milieu de propagalion esllimi~. Les seules ondes
Melde. tube de Kundt ....
stationnaires qui peuvent e~~:ister avec une amplitude significative sonl celles qui vérifient les conditions aux limites. Ceci ne se
Tuyaux d'Orgues . et autres
produit que pour certaines friquences. La plus peri le fr~quence pour laquelle cela est possible s'appelle le fondamental; les
instrument~ à cordes el à vent.
aulres fdquences s'appellentles barmooiques dont les fréquences sont liées de façon simple à celle du fondamenlal. Dans les
relations qui suivent, n est le numl!ro de l'harmonique et Ao la longueur d'onde du fondamental.
[Note: futilisation d~s t~rmts "fwtrton~" tl "harmonie" tt leurs lqui\•altnts varie suivant les langaxts. On \'tillera à prendrl'
.soûa,lurs dts traductions des questions dt Baccalaurlat. à lviter toute ambiguitl.
termt "premier lwrmoniqut'" n'a pa.f Il'
mime stns en français tt en a11g/ais.]
u
Pour un tuyau lerm!! lune nlrt!mir.!:
Pour un tuyau fenn~ lune exlrl!mit~:
>.., = ~l(n+l) = 11/(n+l) (noeud ou ventre de ~placement aux deux bouts)
>., = ~l{ln+l) = 4/l(ln+l) (noeud à un bout et ventre à l'autre)
,
"'
Ecoles Européennes
Programme Harmonisé de Physique, 7e année.
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Page 7
....Ill
PROGRAMME
CHAPITRE
p.53 lntenhenee des
ondes de deux
sources.
MATERIEL ET IDEES A INTRODUIRE: DEFINITIONS. UNITES, FORMULAIRES ET SAVOIR-FAIRE.
MOYENS D'APPROCHE
1Si deux sources coMrentes en phase sont s1tuêes aux pomls A et B d1stants de d. 1l apparaît une onde stationnaire sUile segment
AB (voir ci-dessus): dans le resle de l'espace on observe un système d'ondes progressives. symétrique par rapport à la
m~dialrice
de AB.
Pour les observateurs siru~s lune grande distance de AB (par rapport à d). la diff~rence de marche ô dans la direction faisanl un IEn fonction du niveau de la
angle x avec la m&liahice de AB esl ô= d .rin x
classe, on montrera llt figure de
diffraction d'une fente simple.
conséquence J'amplitude de l'onde résultante sera maximale aux points où il y interférences constructives c'est à dire tels qu,etla modul:1tion qu'elle
1
i~~roduit dans la figure
sin 9t k'J..Id.
d mterférence de deu,.; sources.
(k est l'ordre du maximum)
!En
=
et l'amplitude de J'onde résultante sera minimale aux points où il y interférences destructives c'est à dire tels que:
.fÏtl
0
=(2k-l )Â./2d
Si de plus l'angle 0 est petit, et si D est la distance séparant l'observateur de AB, on a
sin Ol •
o. •ton {\ = x._ID =
k).Jd pour un maximum d'intensité,
où xk est la distance duke maximum à partir de J'axe de symélrie. il s'en suir que les maxima d'intensit~ sont espacés
réguli~emenr de DWd.
~.5.6 Rfseau de
diffraction.
IWl.6 Effet Doppler.
tr~mp111lloul: J4 plriod~1
(W)
Réfractomètres,
1'interferomètre de Michelson.
lnterferomètre. miroir de Lloyd.
miroirs de Frésnel ..
Un réseau de diffraction. pennel d'observer des maxima beaucoup plus intenses el beaucoup plus fins aux mêmes angles et
positions, ce qui les rend plus faciles à localiser. Il n'est pas n~cessaire de donner une explication détaillée à partir du cas de la
double fente.
En fonction du niveau de la
Lorsqu'une source d'ondes S. de fdquence fo- el un observateur 0 sont en mouvement relatif el se déplacent parall~lemenl à
OS, la fréquence f de l'onde reçue par l'observateur est f= c'{À.. où c' et ).' sont la vitesse de propagation et la longueur d'onde classe on pourra traiter les cas
observ~s. La fr~uence observ~ varie donc suivant que la source et l'observateur se rapprochent ou s'éloignenll'un de J'autre. séparés de J'observateur et dehn
source en mouvement.
,
"""''Il
Ecoles Européennes
Programme Harmonisé de Physique, 7e année.
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...,.j
"' fJTIDGRAMM E
CHAPffRE
MATERIEL ET IDEES A INTRODUIRE: DEFINITIONS. UNITES. FORMULAIRES ET SAVOIR -FA/RE.
MOYENS D'APPROCHE
Changement de fréquence observé lorsque la source et l'observateur se
rapprochent l'un à l'autre.
Mlf .. vic (for V<<C)
où v est la vites56 d'approche, c est la vitesse de propagation de l'onde dans le mileu (s'il y en a un).
~ection D. Dualitl ondes-
lo.t
10.2
lou
corpuscules.
Introduction.
Th~rie
corpusculaire de la
lumière.
Effet
pbotoBectrique.
Il est habituel de consid~rer que les ~lectrons elles autre5 particules se comportent comme de petiL"i objets ayant une masse, et
les rayonnement.. tels que la lumi~re. comme des ondes. Cependant. dans certains de leur comportement on est amené ?a inverse
ces représentations.
L'ém~ss~on d'électron~ par la s.urface klairé~ d'un m~tal_pur, ne peut pas ët~e expliquée par Je ~od~le ondulatoire de 1~ lumière ~ Décha~ge d'un ~!ectroscope
L'~massaon ne se manafeste qu avec une Juma~re dont la fRquence est su~neure à une une c·ertaane valeur, appelée seual de
!expose à la lunucre.
fréquence. Au-desssus de cette fr~quence,l'émission des ~lectro~ est instantanœ, l'énergie cin~tique maximum de ceux-ci
varie de façon linéaire avec la "fr~uence" de la lumi~re. et leur nombre dépend de la puissance lumineuse. La valeur du seuil
de fréquence dépend de la nahlre du m~tal.
Ces phénom~nes sont interprét~s. quantitativement et qualitativement, en supposant que la propagation de la Jumi~re se fait par
des corpuscules, ou photon.. dont J'énergie est fonction de la fr~uence de la lumi~re.
Pour un méral donné. il exisle un seuil d'énergie au-dessous duquel aucune émission d'électrons ne peut avoir lieu. Cette
quanti~ est appelé travail d'extraction du m~tal.
~l.l Mesure de la
I L'inrensit~ du flux d'~lectrons ~mis, ainsi que leur ~nergie cinétique maximale peuvent être mesurées ll'aide d'une cellule
œDSUIIte de Planck. photoélectrique . Les élhes doivent ~Ire familiaris~s avec celle expérience et doivent savoir mesurer la constante de Planck.
hf= W0 + KE
~1.3 Quaatitf de
mouvement de la
lumim.
=W0 + ~ mvl =W0 + t-V.,
0 ,..
et W0
=hfo_
Un photon pos~de une quanlit~ de mouvement fonction inverse de la lonpeur d'onde.
"Light sail", vent solaire.
radiomètre de Crook.
L'effect Compton.
,
......_
Ecoles Européennes
Programme Harmonisé de Physique, 7e année.
Page 9
"' -PROGRAMME
~
MATERIEL ET IDEES A INTRODUIRE: DEFINITIONS. UNITES. FORMULAIRES ET SAVOIR-FAIRE.
CHAPITRE
Travail d'extraction
Symbole:
W.,
Unite/: joule J
Définition: La quantité minimum d'énergie nécessaire pour arracher un électron de
la surface d'un métal donné.
.
Energie d'un photon
1
!
1
E = h.f
où h est la constante de Planck.
Quantité de mouvement d'un photon.
~:.
p =h/).
Théorie ondula loire
dela malière.
Un faisceau de particules de faible masse peul avoir un comportement ondulatoire. peut être diffracté el peul produire des
Diffraction des
interfhences comme un faisceau de lumi~re.
particules.
lo3.l Ondes De Broglie.
ILe comportement de telles particules peut être d~crit quantitativement, s'il on leur attibue une longueur d'onde de De Bro~lie.
inversement proportionnelle l leur quantit~ de mouvement, qui correspond ~ la relation établie pour le photon.
longeur d'onde de De Broglie
A =hlmv=- hlp
~3.3 Applications.
tr'empJ allouJ: 14 plriodeJ
(D)
la tr~s faible longueur d'onde des électrons les rend utiles en microscopie, parce qu'ils sont moins perturbés par la diffraction
que la lumi~re. les réseaux de diffraction ne sont pas assez fins pour être utilisés. mais le réseau d'un cristal provoquera des
interfmnces. Pour les faisceaux d'électrons ~fléchis par les surfaces cristallines, les plans r~ticulaires successifs produisent des
faisceaux réfléchis qui peuvent interférer. les maxima d'intensité sont observés lorsque sin 41,. n 'AJ2d, où d est la distance
entre les plans r~ticulaires.
=
MOYENS D'APPROCIIE
,
~
Ecoles Européennes
Programme Harmonisé de Physique, 7e année.
Page 10
...
......
PROGRAWJE"
CHAPITRE
MATERIEL ET IDEES A INTRODUIRE: DEFINITIONS, UNITES. FORMULAIRES ET SAVOIR-FAIRE.
MOYENS D"APPROCIIE
~~clion A.
!A.I
Physique
un noyau peltl, masstque, chargé postltvemenl. entouré
atomique.
Gen&alit&. L'atom
nucléai.-e.
Les atomes excit~s par bombardement ~lectrique dans un lube ~ da:harge. peuvent ~mettre de la lumière. Des lumières de
fr~uences diff~renres sont ~mises, el font partie de s~ries. L'~nergie de ces photons correspond à des pertes d'énergie dues à
des r&rrangemenrs ~lectroniques.
Le fair que les fr~quences sont toujours les m~mes el sont définies de façon pra:ise implique que seulement certaines énergies
sont possibles.
Expériences avec les lubes à
décharge.
L'idée d'un modèle:
d'un modèle.
limilal i on .~
L'expérience Franck-HeriZ
suggeère
qu'il existe des
qu'il y air inrerfuences conslruclives, implique qu'un électron ne peul être en orbite que sur des trajectoires dont le rayon est rel
niveaux
d'énergie
dans les
que nA. = nh/mL' = 2nr. Cette condition est appelée historiquement. condition de Bohr.
alomes de Mercure.
En l'assossianllla m~canique classique de l'~lectron sur l'orbite (voir section FI). on peut calculer J'énergie totale de l'atome En fonction du niveau de la
classe on pourra introduire le
d'hydrogène E,. =- m~l8r1lh2n2 ainsi que les fréquences des photons émis/,.= m~ISf:.ulh-1[/ln:- Jlm2J où rn el n sont des
principe du laser.
entiers. Ceci rend bien compte des faits ell~rimentaux: les diffuenres valeurs de n correspondent aux différentes séries.
La condition selon laquelle l'onde d'un électron en orbite doit être en phase avec elle-même en tous les points de l'orbite pour
!A.l
Sb'ies.
IA.3
L'atome
d 'byclrogène.
Les raies de la série de Balmer (correspondant à n = 2) correspondent à des raies visibles. L'éne.-gie d'ionisation est
[Temps alloul: 14 plriotks
(A)
tetion N. Physiqu~
~
E
=m~/8~2112
nudloir~.
•1. Particules
Bfmentaires.
Révision des notions abordées en quatri~e anMe. section N.
~1.1 IHscription.
Le noyau est fo~ de nucléons (protons et neutrons). Les ~lhes doivent connaître les caract~ristiques de base (masse, charge
et composition) des nucléons, de l'électrons (particule P> er particule u.
~l.l UaU&.
L'unir~ de masse atomique est "u": les masses du proton er du neutron sont approximativement 1u
.
,
"""11111
Ecoles Européennes
Programme Harmonisé de Physique, 7e année.
Page 11
\.
...,jj
PROGRAMME
CHAPITRE
MATERIEL ET 1/JEES A INTRODUIRE: DEFINITIONS, UNITES, FORMULAIRES ET SAVOIR-FAIRE.
MOYENS D'APPROCHE
L'unité de masse atomique
Symbole: u
Définition: tu= 1112/a masse d'un atome de Carbon-12.
~1.3 Le noyalL
Les noyaux sonl compo~s d'un certain nombre de prolons (Z) er d'un certain nombre de neutrons (N). La masse totale du noyat
ex prim~ en u esl approximativement A =N + Z.
~ 1.4 Notation.
~;..
~l.l
Certains isotopes sont stables. mais beaucoup sont instables et se désintègrent sponlanémenl. Ces isotopes sonl appelés
radioisotopes et sont dits radioadives. Lorsqu'ils se désinrègrent. la grande majorité émellenr des particules a ou p.
Rayons y.
~l.J Equivalence entre
masse et énergie.
Tout comme l'atome,le noyau peut se trouver dan•• un état excité, el peut perdre l'énergie d'excitation spontanément. Cette
énergie peul être émise sous forme de photon de haute fréquence, ou rayon y.
La théorie de la relativité rassemble les lois de conservation de la masse et de l'énergie en une seule loi, en énonçant
l'équivalence de ces deux quantités. Le total masse/énergie d'un système se conserve
Masse-énergie
L'énergie équivalents .i la masSB m est E =mc2.
La chambre à brouillard: les
émulsions photographi4ues: le
tube Geiger-Muller.
,
~
Ecoles Européennes
Programme Harmonisé de Physique, 7e année.
Page 12
....
~
PROGRAMME
CHAPITRE
~2:4l>éliut
de masse et
énergie de liaison.
MATERIEL ET IDEES A INTRODUIRE: DEFINITIONS, UNITES, FORMULAIRES ET SAVOIR-FAIRE.
MOYENS !>"APPROCHE
masse d'un noyau aurepos est mf~neure A la somme des masses de ses consttruants au repos. 011 appelle défaut de masse la
des deux ma~ses pr~c~dentes Am. De l'~nergie/masse est lib~~ lors de la fonnation du noyau: cette quantit~ est
appel~ ~nergie de liaison, et doit ~tre fournie pour s~parer les constiluanls du noyau.
1La
diff~rence
Energie de liaison
E=-Amcfl
~l.S Energie de liaison
par nuclb»n.
t1.6
llactioocti•ili
artificielle.
l. 7 F"assioa el f~ion.
Si le d~faut de masse est divis~ par le nombre de nucléons dans le noyau. l'énergie de liaison donne une id~e de la difficulté pom
amcher un nucléon. et donc de la stabilité du noyau.
Des ~l~ments légers peuvent être rendus plus lourds par des moyens artificiels, en particulier par bombardement ou absorption
de neutrons. Parfois cela entraïne l'instabilit~ du noyau.
Deux noyaux peuvent fusionner pour fonner un noyau plus lourd, c'est le ph~nomène de fusion. Un noyau lourd peut fissionner.
par fusion
et les plus lourds par fission.
L'~nergie de liaison par nucléon. fonction de la masse atomique. est telle que les éléments légers libèrent de l'énergie
La fission peur provoquer des r~ctions en chaine (par exemple Uranium 235 et Plutonium). JI y a conservation de la charge el !Etoiles.
du nombre de masse au cours des n~acrions nucl~aires.
~1.8 Lois de conservation.! Les élhes devraient être capables d'appliquer la conservation de la quantité de mouvemenl ~des problèmes impliquant des
~actions er des interactions nuc16aires (voir programme de sixième année
Nl.9 Réacteurs.
t:..
Déiaügration
radioactive.
Déflnitioos.
M3.2) ainsi que la conservation de l'énergie/masse.
Aucune étude approfondie concernant la technologie des rbcteurs nucl~aires n'est requise. Les candidats devraient connaitre
néanmoins les rôles du modfraleur, les B&nents de comb~tible er des barres de contr61e.
L'•ctivitf d'un khantillon est Je nombre de désint~gralions par seconde. Cette activi~ est proportionnelle au nombre de
La consr.nte de proportionnalit~ esl appel~e constante radioactive qui peut être inrerpr~~e comme la
nuc~ides pr~senrs.
probabilit~ qu'un atome se d~sintègre en une seconde.
Désintégration de Thorium.
,
""'
Ecoles Européennes
Programme Harmonisé de Physique, 7 9 année.
"'
Page 13
.....
PROGRAMME
CHAPITRE
MATERIEL ET IDEES A INTRODUIRE: DEFINITIONS, UNITES, FORMULAIRES ET SAVOIR-FAIRE.
Activité
Symbole: A
Unité: becquerel Bq
Définition: le nombre de désintegrations par seconde
Relation:
A = - dN!dt
MOYENS D'APPROCHE
On pourra introduire des unités
de dose reçue (Gray, Sievert)
pourraient être introduites, ainsi
que d'autres unités historiques
(Curie. rem. rad).
Constante radioactive
Unité: s· 1
Symbole: À
Définition:
~3.1 ~intégration
exponentielle;
demie-vie.
À
= AIN= -
(dN!dt)IN
Les ~quations pr~c~dentes, conduisent à une relation de type exponentiel entre le nombre d'atomes.la masse. l'activit~ d'un
radioisotope el le temps.
N
=N~-ù
m
=m~·'ù
A= Aoe·ù.
L'intervalle de temps nécessaire pour qu'une fraction d'un radioisolope se désintègre. est caractéristique de l'isotope. Le temps
pour que l'activité soit divisée par deux est appel~e période radioactive (ou demi-vie) el est donnée par T ~~r =ln 2/À.
~3.3 Séries radioadives. ILes familles radioactives issues d'un ~~~ment se terminent par un ~lément stable.
tJ'tmps alloué; 14 périodes
(N)
-... .. .