Plan de cours - Cégep de l`Abitibi

Plan de cours
Titre du cours : Ondes, Optique et Physique moderne
Numéro du cours : 203-NYC-05
Pondération : 3-2-3
Programme :
Sciences de la nature
200.B0
Discipline : Physique
Préalable : 203-NYA-05 (Mécanique)
Professeur : Michèle Paré
Bureau : 3209A
Téléphone : 874-3837 poste 7496
Courriel : [email protected]
Site Web : http://cegepat.qc.ca/michele_pare
Coordonnateur du
département :
Sébastien Fortin
Bureau : 4302D, Campus de Rouyn
Téléphone : 819-762-0931 poste 1460
Courriel : [email protected]
Département : Physique
Campus : Val-d’Or
Session : Hiver 2017

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1. Présentation
a) Présentation du programme :
Le programme Sciences de la nature vise à donner à l'étudiant une formation équilibrée, intégrant les
composantes de base d'une formation scientifique et d'une formation générale rigoureuse, les rendant
aptes à poursuivre des études universitaires en Sciences pures, en Sciences appliquées ou en Sciences
de la santé. La physique, la biologie, la chimie et les mathématiques ont été retenues comme
disciplines principales de la formation spécifique. Le corpus du programme inclut trois cours
obligatoires de physique de base : Mécanique, Électricité et magnétisme ainsi que Ondes, optique et
physique moderne.
b) Présentation de la discipline :
La physique est une discipline visant à décrire et à prédire l’ensemble des phénomènes réels et ce,
pour les échelles de grandeur allant de l’infiniment petit à l’infiniment grand. Cette science s’est
érigée :
 À partir d’observations : on développe une théorie prédisant et expliquant celles-ci.
 En élaborant une théorie : on la vérifie ou l’invalide par des observations faites en
laboratoire.
Naturellement, avec comme but d’expliquer tous les phénomènes réels à toutes les échelles, la
physique est en lien avec toutes les autres disciplines spécifiques au programme.
c) Lien de ce cours avec le programme :
Ce troisième cours de physique permet aux étudiants d’approfondir les méthodes et principes
particuliers à la physique, et d’aborder les lois et les théories qui sont propres aux ondes et à
l’optique. De plus, la dernière partie du cours s’applique à introduire les notions de base associées aux
théories de la physique moderne. Ce cours fait appel aux notions vues dans les cours de Mécanique,
de Calcul différentiel et de Calcul intégral.
d) Cible de formation :
Ce cours initie l’étudiant aux grandes lois et principes qui régissent le mouvement harmonique
simple, les ondes mécaniques et électromagnétiques. Il aborde de façon plus explicite le son et le
spectre électromagnétique. Ce cours comporte un volet complet sur l’optique géométrique où les
Formation générale :
français, philosophie, éducation
physique, langue seconde, cours
complémentaire
Formation spécifique :
physique, biologie, chimie,
mathématiques, cours optionnels
Activités
d’intégration ÉSP

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notions de réflexion, de réfraction, de dispersion, d’interférence et de diffraction de la lumière sont
approfondies. Le cours se termine avec une introduction aux principales branches de la physique
moderne soit : la physique quantique, la physique des particules, la relativité restreinte et la physique
nucléaire. Au laboratoire, l’étudiant applique la démarche scientifique et conçoit des présentations
orales des résultats expérimentaux.
2. Compétence et éléments de compétence visés par ce cours
La compétence à atteindre lors ce cours est:
Analyser différentes situations ou phénomènes physiques reliés aux ondes, à l’optique et à
la physique moderne à partir de principes fondamentaux « terminale ».
Les éléments de compétence sont les suivants :
 Appliquer les principes de base de la physique à la description des vibrations, des ondes et de
leur propagation.
 Appliquer les lois de l’optique géométrique.
 Appliquer les caractéristiques des ondes aux phénomènes lumineux.
 Analyser quelques situations à partir de notions de physique moderne.
 Vérifier expérimentalement quelques lois et principes reliés aux ondes, à l’optique et à la
physique moderne.
Seuil de réussite :
 Pour tous les éléments de compétence, l’étudiant démontre l’atteinte du seuil de réussite en
sollicitant les critères de performance (critères d’évaluation) suivants:
o Une utilisation appropriée des concepts, des principes et des lois.
o Une schématisation adéquate des situations physiques.
o Une représentation graphique adaptée à la nature des phénomènes.
o Une justification des étapes retenues pour l’analyse des situations.
o Une application rigoureuse des principaux modèles.
o Un jugement critique des résultats.
o Une interprétation des limites des modèles.
 Pour le dernier élément de compétence, les critères de performance suivants s’ajoutent:
o Une expérimentation minutieuse.
o La rédaction de rapports de laboratoire selon les normes établies.

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3. Contenu et déroulement des activités
Déroulement du cours :
Dans ce troisième cours de physique, on débute la session par l’introduction du mouvement harmonique
simple et de ses différentes applications. Le système masse-ressort, les pendules et le phénomène de
résonance sont traités à l’intérieur de cette section.
Par la suite, on aborde les notions associées aux ondes mécaniques. La vitesse de propagation, la
fréquence, la longueur d’onde et la période sont identifiées pour une onde mécanique donnée. L’étude des
ondes se propageant dans une corde, du son, des ondes stationnaires et de l’effet Doppler permet d’ancrer
les connaissances acquises.
Ensuite, les notions de réflexion et de réfraction sont introduites afin de bien comprendre le
comportement de la lumière dans différents matériaux rencontrés sur son trajet. Ces notions théoriques
constituent la base sur laquelle s’appuie l’optique géométrique.
Le cours se poursuit sur l’étude des différents éléments optiques, soit : le prisme, le dioptre, les miroirs et
les lentilles. C’est avec ces éléments de base que sont constitués la plupart des instruments optiques
présents au laboratoire et à la maison.
On enchaîne sur les théories associées à l’interférence et à la diffraction qui permettent d’expliquer
l’expérience de Young, les pellicules minces, l’utilisation de l’interféromètre de Michelson, le critère de
Rayleigh, les réseaux et la polarisation.
Le cours se termine sur l’étude des notions de base associées aux théories de la physique moderne. En
effet, la physique quantique, la physique des particules, la relativité restreinte et la physique nucléaire sont
introduites dans ce présent cours.
Des manipulations effectuées en laboratoire servent à mieux comprendre les lois et principes reliés aux
ondes, à l’optique et à la physique moderne qui sont traités en classe. Des applications techniques tirées
de la vie courante et de la technologie sont abordées en classe.
Finalement, les grandes étapes de l’optique et de la physique moderne sont situées dans leur contexte
historique.

Énoncé de la compétence : Analyser différentes situations ou phénomènes physiques reliés aux ondes, à l’optique et à la physique
moderne à partir de principes fondamentaux.
Éléments de
compétence Éléments de contenu
Principaux critères de
performance et
d’évaluation Mise en contexte des critères de performance avec le contenu du cours
Appliquer les
principes de base
de la physique à
la description des
vibrations, des
ondes et de leur
propagation.
 Cinématique et
dynamique des
vibrations.
 Ondes
longitudinales et
transversales
(cinématique et
dynamique).
 Ondes
progressives et
stationnaires,
interférence et
résonance.
 Ondes sonores.
a. Utilisation appropriée
des concepts, des
principes et des lois.
b. Schématisation
adéquate des situations
physiques.
c. Représentation
graphique adaptée à la
nature des
phénomènes.
d. Application rigoureuse
des principaux
modèles.
a. L’étudiant reconnaît une vibration (mouvement harmonique simple) et une
onde (onde progressive transversale ou longitudinale, onde stationnaire, son
et battement) selon les caractéristiques de ces mouvements. Il détermine
l’amplitude maximale, la pulsation, la période, la fréquence, la constante de
déphasage, la longueur d’onde, le nombre d’onde, la vitesse de propagation,
la fonction d’onde, la vitesse des particules et leur accélération. Il détermine
les harmoniques (ondes stationnaires résonantes) dans un milieu de
longueur finie (corde ou colonne d’air). Il calcule, pour le son, la fréquence
modifiée par un effet Doppler. Il détermine l’intensité sonore en décibels.
b. L’étudiant identifie adéquatement le comportement d’une masse oscillant
sous l’action d’un ressort ou autour d’un axe de rotation (pendule). Il
reconnaît les conditions provoquant la résonance. Il visualise le
comportement des particules d’un milieu traversé par une onde (dans une
corde ou une colonne d’air). Il schématise la réflexion et la transmission
d’une onde selon l’interface rencontré. Il reconnaît les situations produisant
de l’interférence. Il visualise les déplacements latéraux et les variations de
pression provoqués par le passage d’une onde sonore. Il représente les
harmoniques dans un milieu de longueur finie.
c. L’étudiant décrit le mouvement d’un objet oscillant ou des particules d’un
milieu traversé par une onde à partir des graphiques de la position, de la
vitesse et de l’accélération en fonction du temps; et l’inverse : production de
ces graphiques à partir des données propres au mouvement.
d. L’étudiant applique la dynamique et la conservation de l’énergie pour
décrire les vibrations ou les ondes.
Appliquer les lois
de l’optique
géométrique.
Optique
géométrique et
physique.
a. Schématisation
adéquate des situations
physiques.
a. L’étudiant dessine le trajet des rayons lumineux, réfléchis ou réfractés,
permettant d’identifier l’image formée par les différentes composantes
optiques : miroirs, prisme, dioptres et lentilles. Il visualise les aberrations