Physique - 7 ème année - Ecole Européenne Tables des matières 1 Chapitre n° 1 : ENERGIE DANS UN CHAMP RADIAL 11 11 11 11 11 11 12 12 12 12 13 13 13 13 13 14 14 14 14 15 15 15 16 16 16 16 16 16 16 17 17 18 20 I) Terminologie générale et définition : 1) Configurations et états d’un système : 2) Définition : II) Rappels sur le champ de gravitation : 1) Loi d'attraction universelle (loi de Newton) : 2) Champ de gravitation : III) Energie potentielle de gravitation dans un champ radial : 1) Rappel de la définition du travail d'une force : a) Travail élémentaire : b) Travail d'une force sur un déplacement fini : 2) Travail fourni par un opérateur : 3) Energie potentielle et potentiel de gravitation : a) Energie potentielle : b) Potentielle de gravitation : 4) Energie mécanique d'un satellite en orbite circulaire autour d'un astre : a) Energie cinétique : b) Energie mécanique : 5) Vitesse de libération : IV) Rappels sur le champ électrique : 1) La loi de Coulomb : 2) Champ électrique créé par une charge ponctuelle : V) Energie électrique dans un champ radial : 1) Travail fourni par un opérateur : 2) Energie potentielle et potentiel électrique : a) Energie potentielle : b) Potentielle électrique : 3) Modèle de l'atome d'hydrogène : a) Energie cinétique : b) Energie mécanique : c) Lien avec la mécanique quantique : A retenir Pour s'entraîner Chapitre n° 2 : ENERGIE DANS UN CHAMP UNIFORME I) Champ de pesanteur : 1) Force gravitationnelle et poids : 2) Champ de gravitation et champ de pesanteur : 3) Champ de pesanteur uniforme : a) Direction du champ de pesanteur : b) Mesure du champ de pesanteur : c) Conclusion : II) Energie potentielle et potentiel de pesanteur dans un champ uniforme : Ecole Européenne de Francfort Page 1 21 21 21 21 21 21 22 22 22 Table des matières 1) Travail fourni par un opérateur : 2) Energie potentielle de pesanteur : 3) Potentiel de pesanteur : III) Energie d'une particule chargée dans un champ électrique uniforme : 1) Champ électrique uniforme : 2) Potentiel et différence de potentiel électrique dans un champ électrique uniforme : a) Travail fourni par un opérateur : b) Différence de potentiel : 3) Accélération d'une particule chargée dans un champ électrique uniforme : A retenir Pour s'entraîner Chapitre n° 3 : MOUVEMENT DANS UN CHAMP I) Mouvement d’un satellite dans le champ de gravitation d’un astre : 1) Les deux premières lois de Kepler : 2) Orbite circulaire : a) Troisième loi de Kepler : b) Satellite géostationnaire : II) Mouvement d’un objet dans le champ de pesanteur uniforme de la Terre : 1) Lois horaires : 2) Définitions balistiques : III) Mouvement d’une particule chargée dans un champ électrique uniforme : 1) Accélération d'une particule chargée : a) Conditions initiales : b) Théorème de l'énergie cinétique : 2) Déviation d’une particule chargée : a) Etude de la trajectoire : b) Application à l'oscilloscope : A retenir Pour s'entraîner Chapitre n° 4 : ACTION D'UN CHAMP MAGNETIQUE UNIFORME I) Champ magnétique créé par un solénoïde et des bobines de Helmholtz : 1) Solénoïde et bobine : 2) Bobines de Helmholtz : 3) Champ magnétique uniforme : II) Produit vectoriel de deux vecteurs : 1) Définition : 2) Cas particuliers : III) Force de Laplace, rappels : 1) Action d'un champ magnétique sur un courant : 2) Application de la force de Laplace : IV) Force magnétique (de Lorentz) : 1) Mise en évidence : 2) Force de Lorentz : Page 2 Christian BOUVIER 22 22 23 23 23 23 23 24 24 25 26 27 27 27 27 27 28 28 28 29 30 30 30 30 30 30 31 32 34 37 37 37 37 37 38 38 38 38 38 39 39 39 39 Physique - 7 ème année - Ecole Européenne 3) Variation de la vitesse de la particule : V) Mouvement d’une particule chargée dans un champ magnétique uniforme : 1) Cas particulier : a) Trajectoire : b) Vitesse angulaire, période, fréquence : 2) Cas général : 39 40 40 40 40 40 42 44 A retenir Pour s'entraîner Chapitre n° 5 : ONDES MECANIQUES PROGRESSIVES I) Différents types d’ondes mécaniques progressives : 1) Définition : 2) Ondes transversales : 3) Ondes longitudinales : II) Phénomène de propagation : 1) Milieu de propagation : 2) Dimension d’un milieu : 3) Notion de front d’onde : 4) Signal propagé par l’onde : 5) Energie propagée par l’onde : III) Célérité d’une onde : 1) Retard : 2) Définition de la célérité : a) Cas d’un milieu à 1 dimension : b) Cas d’un milieu à 2 ou3 dimensions : 3) Facteurs influençant la célérité : IV) Propriétés des ondes : 1) Superposition : 2) Réflexion : 3) Equation de propagation : 4) Equation d'onde : A retenir Pour s'entraîner Chapitre n° 6 : ONDES MECANIQUES PROGRESSIVES PERIODIQUES I) Phénomènes périodiques : 1) Définition : 2) Instruments de mesure du temps : 3) Décomposition en séries sinusoïdales : a) Série de Fourier : b) Spectre : II) Ondes progressives périodiques : 1) Définition : 2) Double périodicité : a) Périodicité temporelle : Ecole Européenne de Francfort Page 3 47 47 47 47 47 48 48 48 48 48 49 49 49 49 49 50 50 50 50 50 50 51 53 55 57 57 57 57 57 57 58 59 59 59 59 Table des matières b) Périodicité spatiale : III) Ondes progressives sinusoïdales : 1) Définition : 2) Périodicité spatiale ou longueur d’onde : 3) Longueur d’onde et mouvement des points du milieu : 4) Milieu à 2 ou 3 dimensions : a) Phénomène de dilution : b) "Surface d'onde" : 5) Onde plane dans un milieu à 3 dimensions : IV) Effet Doppler (non relativiste) : 1) Source immobile : 2) Source en mouvement : V) Réfraction et réflexion d'une onde : 1) Définition : 2) Expérience : 3) Loi de la réfraction : VI) Phénomène de dispersion : 1) Définition : 2) Conséquences : VII) Phénomène de diffraction : 1) Théorème de Huygens : 2) Expérience : VIII) Phénomène d'interférence : 1) Expérience : 2) Interprétation intuitive du phénomène : 3) Etude mathématique dans un cas simplifié : a) Hypothèses : b) Amplitude maximum, amplitude minimum et points en phase : c) Conclusion : IX) Ondes stationnaires dans un milieu à une dimension : 1) Définition : 2) Etude mathématique simplifiée : a) Présentation : b) Réflexion totale : c) Réflexion partielle : X) Ondes stationnaires résonnantes : 1) Considérations générales : 2) Etude mathématique simplifiée : a) Extrémités S et P "fixes" : b) Extrémités S et P "libres" : c) Extrémité S "fixe" et P "libres" (ou inversement) : 3) Applications : A retenir Pour s'entraîner Page 4 Christian BOUVIER 59 59 59 60 60 60 60 61 62 62 62 63 64 64 64 65 65 65 65 66 66 66 67 67 67 68 68 68 69 69 69 69 69 69 71 72 72 72 72 73 73 74 75 79 Physique - 7 ème année - Ecole Européenne Chapitre n° 7 : ONDES ELECTROMAGNETIQUES 81 81 81 81 81 82 82 83 83 83 84 85 85 85 86 86 86 86 86 88 88 88 89 89 89 90 90 91 92 92 92 93 93 93 93 94 95 99 I) Notion d’onde électromagnétique : 1) Introduction : 2) Description ondulatoire : a) Représentation schématique : b) Célérité (ou vitesse) de propagation : c) Fréquence et longueur d’onde : II) Aspect géométrique de la propagation de la lumière : 1) Propagation rectiligne de la lumière : 2) indice de réfraction : 3) Les lois de Descartes : 4) Dispersion de la lumière : a) Définition : b) Etude de la dispersion par un prisme : III) Aspect ondulatoire de la propagation de la lumière : 1) Diffraction de la lumière : a) Expérience : b) Résultats : c) Démonstration à partir du principe ondulatoire de Huygens : 2) Interférences lumineuses : a) Présentation : b) Expérience : c) Résultats : d) Démonstration géométrique : e) Principe ondulatoire de Huygens : 3) Diffraction par un réseau : a) Réseau : b) Etude géométrique : c) Dispersion par un réseau : IV) Mouvement relatif de la source et de l'observateur : 1) Ondes mécaniques : 2) Effet Doppler-Fizeau : a) Mécanique classique : b) Mécanique relativiste : c) Ordres de grandeur : 3) Largeur des raies spectrales : A retenir Pour s'entraîner Chapitre n° 8 : DUALITE ONDE CORPUSCULE 101 101 101 101 102 102 I) Introduction : II) L'effet photoélectrique : 1) Présentation de l'expérience : 2) Résultats de l'expérience : a) Résultats qualitatifs : Ecole Européenne de Francfort Page 5 Table des matières b) Influence de la tension accélératrice : c) Influence de la puissance lumineuse : d) Influence de la fréquence de la lumière : 3) Interprétation : a) Potentiel d'arrêt : b) Travail d'extraction : c) Le photon : III) Quantité de mouvement du photon : 1) Introduction : a) Energie en mécanique relativiste : b) Quantité de mouvement en mécanique relativiste : c) Relation entre énergie et quantité de mouvement : d) Cas du photon : 2) Effet Compton : a) Présentation de l'expérience : b) Résultats : c) Interprétation : 3) Diffusion Thomson : IV) Théorie ondulatoire de la matière : 1) Hypothèse de Louis De Broglie : 2) Diffraction des électrons : a) Expérience de Davisson et Germer : b) Interprétation : 3) Applications : a) Généralités : b) Diffraction des électrons : c) Diffraction des neutrons : A retenir Pour s'entraîner Chapitre n° 9 : PHYSIQUE ATOMIQUE I) Les spectres optiques : 1) Les sources thermiques : 2) Les sources à décharges : II) Modèle atomique : 1) Modèle planétaire : a) Problèmes posés : b) Le système Terre-satellite : c) Système atomique : 2) Modèle de Bohr : 3) Notion sur le modèle quantique : 4) Diagramme d'énergie : 5) Application de l'analyse spectrale : III) Structure électronique de l'atome : 1) Cas particulier de l'atome d'hydrogène : Page 6 Christian BOUVIER 102 103 103 103 103 104 104 105 105 105 105 106 106 106 106 107 107 109 109 109 110 110 110 111 111 111 112 113 116 117 117 117 117 118 118 118 118 119 119 119 120 120 120 120 Physique - 7 ème année - Ecole Européenne a) Etude expérimentale du spectre de l'hydrogène : b) Etude théorique simplifiée de l'atome d'hydrogène : c) Lien avec la mécanique quantique : 2) Nombres quantiques et modèle orbital de l'atome : a) Nombre quantique principal n : b) Nombre quantique orbital l : c) Nombre quantique azimutal m : d) Nombre quantique de spin : IV) Principe de Pauli et représentation des configurations électroniques : 1) Principe d'exclusion de Pauli : 2) Remplissage des couches électroniques et tableau périodique : 3) Forme des orbitales atomiques : 120 122 122 122 122 123 123 123 123 123 124 125 126 130 A retenir Pour s'entraîner Chapitre n° 10 : PHYSIQUE NUCLEAIRE 131 131 131 131 132 132 133 133 133 133 133 134 134 134 134 135 135 135 135 136 136 136 137 137 137 137 138 138 139 139 I) Stabilité et instabilité des noyaux : 1) Composition du noyau : 2) Eléments et nucléides : 3) Unité de masse atomique : 4) Stabilité des noyaux : II) Réactions nucléaires : 1) Définitions : 2) Les radioactivités : a) Radioactivités α : b) Radioactivités β : c) Radioactivités γ : 3) Effets biologiques des rayonnements : III) Etude statistique de la radioactivité : 1) Caractère aléatoire d'une désintégration : 2) Loi de décroissance radioactive : a) Constante radioactive : b) Loi de décroissance : c) Demi-vie ou période radioactive : d) Constante de temps : e) Activité radioactive : IV) Familles radioactives : V) Equivalence masse-énergie : 1) L'énergie de masse : 2) Défaut de masse : 3) Energie de liaison : 4) Energie moyenne de liaison par nucléon : 5) Courbe d'Aston et conséquences : VI) Fusion et fission : 1) réactions nucléaires provoquées : Ecole Européenne de Francfort Page 7 Table des matières 2) Fission nucléaire : 3) Fusion nucléaire : VII) Bilan de masse ou d'énergie d'une réaction nucléaire : 1) Donnée des masses : 2) Donnée des énergies de liaison par nucléon : A retenir Pour s'entraîner Approfondissement n° 1 : METHODE D'EULER I) Forces exercées par un fluide : 1) Poussée d'Archimède : 2) Frottement fluide : II) Chute verticale d'un solide dans un fluide : 1) Equation différentielle : 2) Résolution de l'équation différentielle : a) Méthode numérique d'Euler : b) Méthode analytique : 3) Vitesse limite : 4) Temps caractéristique ou constante de temps : A retenir Pour s'entraîner Approfondissement n° 2 : MOUVEMENT DES PLANETES I) La pomme et la Lune : II) Le mouvement des planètes : 1) Les principaux éléments d'une orbite : 2) Les lois de Képler : 3) La loi de Newton : 4) Attraction universelle : III) Mouvement d'un satellite : 1) Système isolé : 2) Réduction canonique : 3) Cas d'un satellite : 4) Etude du mouvement d'un satellite dans le champ de gravitation d'un astre : 5) Discussion : a) Astres en interaction, de masses comparables : b) Influence des autres astres : c) Points de Lagrange : 6) Satellites artificiels de la Terre : a) Eléments de l'orbite d'un satellite : b) Satellite géostationnaire : IV) Formule de Binet : V) Les coniques : 1) Excentricité et paramètre : 2) Equation polaire d'une conique avec origine au foyer : Page 8 Christian BOUVIER 139 140 141 141 141 142 147 149 149 149 149 149 149 150 150 152 152 152 153 155 159 159 159 159 160 160 162 162 162 163 163 164 166 166 166 166 167 167 167 168 168 168 169 Physique - 7 ème année - Ecole Européenne 3) Cas de l'ellipse et du cercle : 4) Cas de la parabole et de l'hyperbole : 5) Définition géométrique : a) Cercle : b) Ellipse : c) Parabole : d) Hyperbole : 169 169 170 170 170 170 170 Approfondissement n° 3 : PHENOMENES DES MAREES I) Théorie simplifiée : 1) Calculs théoriques : a) Référentiels : b) Objet à la surface de la Terre : c) Influence de la Lune : d) Influence du Soleil : e) Explication qualitative : 2) Fréquence des marées : 3) Amplitude des marées : a) La lunaison : b) Inclinaison de l'axe de rotation de la Terre : c) Ellipticité de l'orbite de la Lune : d) Force centrifuge : e) Phénomène de résonance : II) Effets des marées : 1) Marée crustale : 2) Modification des vitesses de rotation : III) Généralisation du phénomène : 1) Synchronisme : a) Orbite synchrone : b) Rotation synchrone : 2) Limite de Roche : 3) Autres effets : 4) Précession et nutation : Approfondissement n° 4 : PHENOMENES ATMOSPHERIQUES I) Introduction aux phénomènes météorologiques : 1) Bilan énergétique global moyen de l'atmosphère : 2) Transferts d'énergie et mouvement des masses d'air : 3) Stabilité d'une masse d'air : 4) L'humidité : 5) Formation de certains nuages : 6) Effet de fœhn : II) Théorie simplifiée de l'arc-en-ciel : 1) Lumière monochromatique : 2) Lumière blanche Ecole Européenne de Francfort Page 9 171 171 171 171 171 172 173 173 174 174 174 175 175 176 176 177 177 177 179 179 179 179 181 181 182 183 183 183 184 185 186 187 188 188 188 191 Table des matières : Page 10 Christian BOUVIER