5 - Groupe Modulo

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PrintemPs 2014
Version française de Physics 12
Offert en anglais chez Nelson Education
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Table des matières
La dynamique . . . . . . . . 2
Rapprochement entre la culture scientifi que
et technologique et l’environnement . . . . .3
Où en es-tu? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4
Chapitre 1 : La cinématique . . . . . . . . . . . . . . 6
1.1 Le mouvement et les graphiques
du mouvement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
1.2 Les équations du mouvement . . . . . . . . . . . . . . . . 17
1.3 Le déplacement dans un plan . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
1.4 Le vecteur vitesse et l’accélération
dans un plan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
1.5 Le mouvement des projectiles . . . . . . . . . . . . . . . . 36
1.6 Le mouvement relatif . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
Expérimentation 1.5.1 : Une expérience
surlemouvement d’un projectile . . . . . . . . . . . . . 50
Chapitre 1 – Résumé . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
Chapitre 1 – Autoévaluation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
Chapitre 1 – Révision . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
Chapitre 2 : La dynamique. . . . . . . . . . . . . . 60
2.1 Les forces et les diagrammes de forces . . . . . . . . . 62
2.2 Les lois du mouvement de Newton . . . . . . . . . . . . 70
2.3 Les applications des lois du mouvement
de Newton . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
2.4 Le frottement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
2.5 Explorer une application de la dynamique :
Les actionneurs linéaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
2.6 La chronique de physique :
La physique du ski alpin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
Expérimentation 2.3.1 : L’équilibre statique
des forces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
Expérimentation 2.4.1 : Le plan incliné
etle frottement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
Expérimentation 2.4.2 : Le mouvement
etles poulies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
Chapitre 2 – Résumé . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
Chapitre 2 – Autoévaluation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
Chapitre 2 – Révision . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
Chapitre 3 : Le mouvement
circulaireuniforme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
3.1 Les systèmes de référence inertiels
et non inertiels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
3.2 L’accélération centripète . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114
3.3 La force centripète . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
3.4 Les systèmes de référence en
rotation uniforme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
3.5 La chronique de physique : La physique
des montagnes russes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
3.6 Examine un problème lié à la dynamique :
Les améliorations des technologies sportives . . 133
Expérimentation 3.3.1 : La simulation du
mouvementcirculaire uniforme . . . . . . . . . . . . . 135
Expérimentation 3.3.2 : L’analyse d’un mouvement
circulaire uniforme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
Chapitre 3 – Résumé . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
Chapitre 3 – Autoévaluation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
Chapitre 3 – Révision . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
Module 1 – Projet du module :
Un nouveau sport extrême . . . . . . . . . . .146
Module 1 – Autoévaluation . . . . . . . . . . . . . . . . .148
Module 1 – Révision . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .150
L’énergie et
la quantitéde mouvement . . . . . . . 158
Rapprochement entre la culture scientifi que
et technologique et l’environnement . . .159
Où en es-tu? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .160
Chapitre 4 : Le travail et l’énergie. . . . . . . . 162
4.1 Le travail exercé par une force constante . . . . . . 164
4.2 L’énergie cinétique et le théorème
de l’énergie cinétique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171
4.3 L’énergie potentielle gravitationnelle . . . . . . . . . 177
4.4 Examiner un problème lié
à la productiond’énergie :
L’énergie potentielle gravitationnelle
etl’hydroélectricité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182
Module 1
Module 2
iv Table des matières
Reproduction interdite. © Groupe Modulo Inc.

4.5 La loi de la conservation de l’énergie . . . . . . . . . 184
4.6 L’énergie potentielle élastique et
le mouvement harmonique simple . . . . . . . . . . . 192
4.7 Les ressorts et la conservation de l’énergie . . . . . 201
Expérimentation 4.2.1 : Le théorème
de l’énergie cinétique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209
Expérimentation 4.5.1 : Les poulies et l’énergie . . . . . . 210
Expérimentation 4.7.1 : Les ressorts et l’énergie . . . . . 211
Chapitre 4 – Résumé . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212
Chapitre 4 – Autoévaluation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213
Chapitre 4 – Révision . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214
Chapitre 5 : La quantité de mouvement
etlescollisions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220
5.1 La quantité de mouvement et le changement
delaquantité de mouvement . . . . . . . . . . . . . . . . 222
5.2 La conservation de la quantité de mouvement
dansune collision en une dimension . . . . . . . . . 228
5.3 Les collisions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233
5.4 Les collisions élastiques frontales . . . . . . . . . . . . 240
5.5 Les collisions non frontales
en deux dimensions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249
5.6 Explorer les applications de la quantité
demouvement: En sécurité,
quelle que soit la vitesse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254
5.7 La chronique de physique : La quantité
de mouvement et le neutrino . . . . . . . . . . . . . . . . 256
Expérimentation 5.2.1 : La conservation
delaquantitédemouvement dans
unecollisionenunedimension . . . . . . . . . . . . . . 258
Expérimentation 5.4.1 : Les collisions
élastiquesfrontales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 259
Expérimentation 5.5.1 : La conservation de la
quantitédemouvement dans les collisions
endeuxdimensions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 260
Chapitre 5 – Résumé . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262
Chapitre 5 – Autoévaluation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263
Chapitre 5 – Révision . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 264
Module 2 – Projet du module : Les applications
del’énergie etde la quantité de
mouvement en conception technique . .270
Module 2 – Autoévaluation . . . . . . . . . . . . . . . . .272
Module 2 – Révision . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .274
Les champs
gravitationnels, électriques
etmagnétiques . . . . . . . . . . . . . . . 282
Rapprochement entre la culture scientifi que
et technologique et l’environnement . . .283
Où en es-tu? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .284
Chapitre 6 : Les champs gravitationnels . . 286
6.1 La gravitation newtonienne . . . . . . . . . . . . . . . . . 288
6.2 Les orbites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 297
6.3 Explorer les applications des champs
gravitationnels : Les satellites . . . . . . . . . . . . . . . 304
6.4 La chronique de physique :
La relativité générale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 306
Expérimentation 6.1.1 : La gravitation universelle . . . 308
Expérimentation 6.2.1 : La conception
d’unsystèmesolaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 309
Chapitre 6 – Résumé . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 310
Chapitre 6 – Autoévaluation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 311
Chapitre 6 – Révision . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 312
Chapitre 7 : Les champs électriques . . . . . 318
7.1 Les propriétés des charges électriques . . . . . . . . 320
7.2 La loi de Coulomb . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 327
7.3 Les champs électriques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 334
7.4 La di érence de potentiel électrique
et le potentiel électrique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 346
7.5 Le potentiel électrique et l’énergie
potentielleélectrique attribuables
àdeschargesponctuelles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 355
7.6 L’expérience de la goutte d’huile de Millikan . . 362
Expérimentation 7.2.1 : La loi de Coulomb . . . . . . . . . 366
Expérimentation 7.6.1 : L’expérience de Millikan . . . . 367
Chapitre 7 – Résumé . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 368
Chapitre 7 – Autoévaluation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 369
Chapitre 7 – Révision . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 370
Module 3
Table des matières v
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Chapitre 8 : Les champs magnétiques . . . 376
8.1 Les aimants et les électroaimants . . . . . . . . . . . . . 378
8.2 L’e et de la force magnétique
suruneparticulechargée en mouvement . . . . . 386
8.3 L’e et de la force magnétique sur un
conducteurparcouru par un courant . . . . . . . . . 392
8.4 Le mouvement de particules chargées
dansunchamp magnétique . . . . . . . . . . . . . . . . . 397
8.5 Les applications des champs électriques
etdeschamps magnétiques . . . . . . . . . . . . . . . . . 405
8.6 Explorer une application des
champs électromagnétiques :
Les accélérateurs de particules . . . . . . . . . . . . . . . 410
Expérimentation 8.2.1 : L’observation de la force
magnétique sur une particule chargée
enmouvement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 412
Chapitre 8 – Résumé . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 414
Chapitre 8 – Autoévaluation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 415
Chapitre 8 – Révision . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 416
Module 3 – Projet du module : La technologie
deschamps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .422
Module 3 – Autoévaluation . . . . . . . . . . . . . . . . .424
Module 3 – Révision . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .426
La nature ondulatoire
dela lumière . . . . . . . . . . . . . . . . . 434
Rapprochement entre la culture scientifi que
et technologique et l’environnement . . .435
Où en es-tu? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .436
Chapitre 9 : Les ondes et la lumière . . . . . 438
9.1 Les propriétés des ondes et de la lumière . . . . . . 440
9.2 La réfraction et la ré exion totale interne . . . . . 444
9.3 La di raction et l’interférence desondes
àlasurface de l’eau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 459
9.4 La lumière : onde ou particule? . . . . . . . . . . . . . . . 470
9.5 L’interférence des ondes lumineuses :
l’expériencede la double fente de Young . . . . . . 477
9.6 Examiner un problème lié aux
applicationstechnologiques fondées
sur lalumière : Les gouvernements
devraient-ils restreindre l’accèsau réseau? . . . . . 485
Expérimentation 9.3.1 : Les propriétés des ondes
àlasurface de l’eau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 487
Expérimentation 9.3.2 : L’interférence des ondes
endeuxdimensions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 488
Expérimentation 9.5.1 : L’expérience
deladoublefentedeYoung . . . . . . . . . . . . . . . . . 490
Chapitre 9 – Résumé . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 492
Chapitre 9 – Autoévaluation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 493
Chapitre 9 – Révision . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 494
Chapitre 10 : Les applications de la nature
ondulatoire de la lumière . . . . . . . . . . . . . . 500
10.1 L’interférence dans les pellicules . . . . . . . . . . . . . 502
10.2 La di raction de la lumière
par une fente simple. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 512
10.3 Le réseau de di raction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 520
10.4 Le rayonnement électromagnétique . . . . . . . . . . 526
10.5 La polarisation de la lumière . . . . . . . . . . . . . . . . 532
10.6 Explorer les applications basées
surlespropriétés de la lumière:
Lesondesélectromagnétiques . . . . . . . . . . . . . . . 538
10.7 La chronique de physique :
La nanotechnologie dela lumière
etlapréventionde la contrefaçon . . . . . . . . . . . . 540
10.8 Examiner un problème lié
àlatechnologiedela lumière :
Les systèmes mondiaux de radiorepérage . . . . . 542
Expérimentation 10.1.1 : L’analyse d’interférences
àl’aidede coins d’air . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 544
Expérimentation 10.2.1 : La di raction
delalumièreparune fente simple . . . . . . . . . . . 545
Expérimentation 10.3.1 : La capacité de stockage
des CD et des DVD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 547
Chapitre 10 – Résumé. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 548
Chapitre 10 – Autoévaluation . . . . . . . . . . . . . . . . . . 549
Chapitre 10 – Révision . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 550
Module 4 – Projet du module : L’analyse
d’unerégularité optique . . . . . . . . . . . . .556
Module 4 – Autoévaluation . . . . . . . . . . . . . . . . .558
Module 4 – Révision . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .560
Module 4
vi Table des matières
Reproduction interdite. © Groupe Modulo Inc.

Les révolutions
delaphysique moderne :
lamécanique quantique
etlarelativité restreinte . . . . . . . . 568
Rapprochement entre la culture scientifi que
et technologique et l’environnement . . .569
Où en es-tu? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .570
Chapitre 11 : La relativité . . . . . . . . . . . . . . 572
11.1 La théorie de la relativité restreinte . . . . . . . . . . . 574
11.2 La dilatation du temps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 580
11.3 La contraction des longueurs, la simultanéité
etlaquantité de mouvement relativiste . . . . . . . 588
11.4 L’équivalence masse-énergie. . . . . . . . . . . . . . . . . 598
Expérimentation 11.2.1 : L’analyse
derésultatsrelativistes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 604
Chapitre 11 – Résumé. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 606
Chapitre 11 – Autoévaluation . . . . . . . . . . . . . . . . . . 607
Chapitre 11 – Révision . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 608
Chapitre 12 : La mécanique quantique . . . 614
12.1 Une introduction à la théorie quantique . . . . . . 616
12.2 Les photons et la théorie quantique
de la lumière . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 620
12.3 Les propriétés ondulatoires
desparticulesclassiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 632
12.4 Explorer une application de la mécanique
quantique : Les outils de diagnostic médical . . 640
12.5 La chronique de physique :
Raymond La amme etla théorie
de l’information quantique . . . . . . . . . . . . . . . . . . 642
12.6 Le modèle standard
des particulesélémentaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . 644
Expérimentation 12.2.1 : L’e et photoélectrique . . . . . 654
Expérimentation 12.2.2 : La détermination de la
constantedePlanck . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 656
Expérimentation 12.6.1 : La simulation
d’unelumièrelaser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 657
Chapitre 12 – Résumé. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 658
Chapitre 12 – Autoévaluation . . . . . . . . . . . . . . . . . . 659
Chapitre 12 – Révision . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 660
Module 5 – Projet du module :
Legrandcollisionneur de hadrons :
leplusgrandmicroscope du monde . . .666
Module 5 – Autoévaluation . . . . . . . . . . . . . . . . .668
Module 5 – Révision . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .670
Boîte à outils . . . . . . . . . . . . . . . .679
Tableaux de référence . . . . . . . .708
Réponses . . . . . . . . . . . . . . . . . . .714
Glossaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 723
Index . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 730
Crédits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 744
Module 5
Annexe A
Annexe B
Annexe C
Table des matières vii
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