Cahier de textes – PhysiquePCSI - 2

Année 2017 – 2018

Lundi 4 Septembre :Rentrée, prise de contact

Mardi 5 Septembre : Cours (3h00) :

Chapitre 0-I : Unités et ordres de grandeur en physiqueI. Introduction

1. Mise en place des concepts2. La physique est une science expérimentale3. Élaboration d’une théorie4. Faire des prédictions … et les vérifier5. Domaine de validité d’une théorie

II. Les unités1. Rôle des unités2. Les unités fondamentales du SI3. Les multiples4. Les unités dérivées5. Les unités hors système

III. Les équations aux dimensions1. Définition2. Intérêt

a. Fondamentalb. pratique

Jeudi 7 Septembre :Cours (2h00) : Chapitre 0-II : Outils mathématiques pour la physiqueI. Fonctions à une variable

1. Dérivée d’une fonctiona. Définitionb. Notations

2. 1ère approche des différentielles3. Règles de calculs

TD Math-0 : Exo 3 (début)

Vendredi 8 Septembre : Cours (3h00) :Chapitre 0-II : Outils mathématiques pour la physiqueI. Fonctions à une variable

4. Développements limitésa. Linéarisationb. A l’ordre n

5. Primitives et intégralesa. Primitivesb. Intégrales

Chapitre A-I : Oscillateur harmonique – Outils mathématiques associésI. Oscillateur harmonique non amorti

1. Pendule élastique horizontala. Modélisation du problèmeb. Équation différentielle du mouvementc. Généralisation – forme canonique

1 / 23

Cours (2h00) :Chapitre A-I : Oscillateur harmonique – Outils mathématiques associésI. Oscillateur harmonique non amorti

2. Résolution de l'équation différentiellea. Solutions particulièresb. Cas général – Bilan

3. Analyse énergétique – Caractéristiques du mouvementa. Conservation de l'énergieb. Interprétation graphique

4. Compléments éventuelsa. Équation du mouvement à partir de la conservation de l'énergieb. Équation diff. avec second membre

TD Math-0 : Exo 3 (suite)

****************************************************************************************************

Mardi 12 Septembre : Cours (2h00) : Chapitre A-I : Oscillateur harmonique – Outils mathématiques associésII. Outils mathématiques des fonctions sinusoïdales

1. Généralitésa. Forme généraleb. Caractéristiques d'un signal sinusoïdal

2. Représentation de Fresnela. Définitionb. Représentation des dérivées successives

Chapitre 0-II : Outils mathématiques pour la physiqueI. Fonctions à une variable

6. Équations différentielles à variables séparablesa. Principeb. Exemple

TD Math-0 : Exo 1, 2 et 3TD Signaux-1 : Exos 4, Ressort vertical

Jeudi 14 Septembre : Soutien 2*2h : TD Signaux-1 : Exos 7, 9 et 5. Résolution du DM n°1

Vendredi 15 Septembre : Cours (3h00) :Chapitre A-I : Oscillateur harmonique – Outils mathématiques associésII. Outils mathématiques des fonctions sinusoïdales

2. Représentation de Fresnelb. Représentation des dérivées successivesc. Applications – Cas particuliers

3. Notion de déphasage – Retard ou avance de phasea. Définitionsb. Cas particuliers remarquables

Chapitre 0-II : Outils mathématiques pour la physiqueII. Fonctions à plusieurs variables

1. Définitions2. Dérivées partielles3. Lien avec les différentielles

Chapitre A-II : Propagation d'un signalI. Notion d'onde progressive

1. Exemples de domaines d'application2. Formalisation mathématique de la propagation

TP 1 : Ondes – I : Ondes ultra-sonores (séance 1/2)

Samedi 16 Septembre : DS n°1 (2h00) : Oscillateur harmonique et outils mathématiques

2 / 23

****************************************************************************************************

Mardi 19 Septembre : Cours (2h00) : Chapitre A-II : Propagation d'un signalI. Notion d'onde progressive

2. Formalisation mathématique de la propagation3. Mécanismes de propagation

II. Ondes progressives sinusoïdales1. Définitions et notations2. Illustration pour les ondes E.M.3. Construction de Fresnel

III. Analyse de Fourier1. Approche mathématique

a. Cas d'un signal périodiqueTD Signaux-1 : Exo 1, 2 et 3TD Signaux-2 : Exo 1

Jeudi 21 Septembre : Soutien : Commentaires DS n°1 et questions diverses

Vendredi 22 Septembre : Cours (3h00) :Chapitre A-II : Propagation d'un signalIII. Analyse de Fourier

1. Approche mathématiqueb. Cas d'un signal non périodique

2. Applications, interprétations et contenu physique.a. Synthèse d'un signal triangulaire et créneaub. Cas de l'optique : spectres discrets et continusc. Synthèse d'un sond. Analyse d'un morceau de musiquee. Cas du bruit ou d'une impulsion courte – Relation d'incertitude de Heisenberg.

Chapitre A-III : Superposition des ondesI. Phénomènes d'interférences

1. Expériences introductives2. Interférences de deux ondes mutuellement cohérentes

a. Superposition de signaux sinusoïdauxb. Amplitude et intensité résultante en M

3. Les différents états d'interférencea. Bilan – Notion d'ordre d'interférenceb. Cas particuliers d'états d'interférencec. Exemple de situations plus simples

TP 1 : Ondes – I : Ondes ultra-sonores (séance 2/2)

****************************************************************************************************

Mardi 26 Septembre : Cours (2h00) : Chapitre A-III : Superposition des ondesI. Phénomènes d'interférences

4. Aspect géométrique des interférences à deux ondesa. Observation et interprétations

- Interférences sur l'axe des sources- Interférences à grande distance des sources (expression de d en fonction de la direction par rapport à la médiatrice des sources.)- Interprétations de l'effet de la fréquence, de l'écartement des sources, d'un déphasage initial.

b. Exercice : bruit d'hélicoptère5. Exemple de diviseur d'ondes en optique6. Cas des interférences à N ondes

II. Phénomènes de battements1. Fréquence des battements

3 / 23

TD Signaux-2 : Exo 2 et 6

Vendredi 29 Septembre : Cours (3h00) :Chapitre A-III : Superposition des ondesII. Phénomènes de battements

1. Fréquence des battements2. Interprétation des battements par la construction de Fresnel3. Complément – Approfondissements

a. Intensité d'une ondeb. Intensité dans le cas des battementsc. Cohérence mutuelle des deux sources

III. Ondes stationnaires1. Superposition de deux ondes se propageant en sens inverse2. Réalisations concrètes d'ondes stationnaires

TP 2 : Ondes – II : Interférences et ondes stationnaires (séance 1/2)

Samedi 16 Septembre : DS n°2 (3h00) : Oscillateur harmonique et ondes progressives

****************************************************************************************************

Mardi 3 Octobre : Cours (2h00) : Chapitre A-III : Superposition des ondesIII. Ondes stationnaires

3. Fréquences propres d'une cavitéa. Étude généraleb. Modes propresc. Application à la musiqued. Expérience de la corde de Melde

IV. Quelques éléments concernant la diffraction1. Approche expérimentale et qualitative2. Interprétation quantitative dans le cas d'une fente3. Applications : focalisation et structure d'un faisceau LASER.

TD Signaux-3 : Exo 2 ; Exercices orgue et LASER ; Introduction à la résolution de problèmes ; onde sur une corde de Melde.

Vendredi 6 Octobre : Cours (3h00) :Chapitre A-III : Superposition des ondesIV. Quelques éléments concernant la diffraction

3. Applications : focalisation et structure d'un faisceau LASER.Chapitre A-IV : Optique géométriqueI. Nature de la lumière

1. Historique2. Nature ondulatoire de la lumière

a. Structure de l'onde (polarisation rectiligne, lumière naturelle, indice)b. Spectre des ondes EM (visible, différentes sources)c. Aspects énergétiques (intensité, éclairement)d. Manipulation de la polarisation (Polariseur, analyse d'une polarisation rectiligne, loi de Malus)

3. Des ondes lumineuses à l'optique géométriquea. Notion de rayons lumineuxb. Sources lumineuse, objets éclairésc. Mécanisme succinct de la vision d. Énoncés des postulatse. Limites du modèle géométrique (diffraction et interférencesf. Acoustique géométrique

II. Lois de la réflexion et de la réfraction1. Définition du problème2. Les lois de Descartes

4 / 23

a. Lois de la réflexionb. Lois de la réfractionc. Remarques

3. Interprétations ondulatoiresTP 2 : Ondes – II : Interférences et ondes stationnaires (séance 2/2)

****************************************************************************************************

Mardi 10 Octobre : Cours (2h00) : Chapitre A-IV : Optique géométriqueII. Lois de la réflexion et de la réfraction

4. Angle de réfraction limite – réflexion totaleIII. Quelques applications (parmi N)

1. Mirage2. Fibre optique3. Arc en ciel

Chapitre A-V : Applications de l'optique géométriqueI. Vocabulaire des systèmes optiques

1. Système optique2. Rayons incidents et émergents3. Objets et images

a. Définitionb. Réalité – virtualitéc. Construction d’une image

4. FoyersTD Signaux-3 : Exo 7TD Signaux-4 : Exo 1, 2 et 4 (début)

Vendredi 13 Octobre : Cours (3h00) :Chapitre A-V : Applications de l'optique géométriqueII. Conditions de Gauss pour un système centré

1. Énoncé des condition de l’approximation de Gaussa. Ouverture angulaireb. Énoncé

2. Notion de stigmatismea. Stigmatisme rigoureux et exemplesb. Stigmatisme approché (Définition et intérêt)

3. Notion d’aplanétisme pour un système centréa. Aplanétisme rigoureuxb. Aplanétisme approchéc. Conséquence (correspondance plan/plan et grandissement)

III. Lentilles sphériques minces dans les conditions de Gauss1. Présentation

a. Différents types de lentillesb. Lentilles sphériques mincesc. Position des foyers – distances focales

2. Constructionsa. Règlesb. Construction d’une imagec. Cas d’un rayon quelconqued. Objet et image à l'infini

3. Relations de conjugaisona. Origine aux foyers – relation de Newtonb. Origine au centre – relation de Descartesc. Montage 4fd. Lentilles accolées

TD Signaux-4 : Exo 2TP 3 : Optique géométrique - I (séance 1/2)

****************************************************************************************************

5 / 23

Mardi 17 Octobre : Cours (2h00) : Chapitre A-V : Applications de l'optique géométriqueIV. Fonctionnement de l’œil

1. Description2. Modélisation de l’œil parfait

a. Modèleb. Résolution angulairec. Accommodation

3. Défauts de l’œil4. Vision directe / Utilisation d'une loupe

TD Signaux-4 : Exo 4, 6 et 8TD Signaux-5 : Exo 1 et 3

Jeudi 19 Octobre : TD Signaux-4 : Exo 7 et 8

Vendredi 20 Octobre : Cours (2h00) : Chapitre A-VI : Circuits électriques dans l'ARQSI. Description des phénomènes électriques dans un circuit

1. Mouvement de charges Analogie Gravitation / Électrostatique qE et mg ; Distinguer la cause (champ E) de la conséquence (vitesse v).

2. Courant électriquea. Définitions (conséquence)b. Intensité du courantc. Ordres de grandeurs

3. Tension électriquea. Définition (cause)

Potentiels, tensionsb. Analogie hydrauliquec. Ordres de grandeurs

4. Aspect microscopique – Quantification de la charge5. Régimes particuliers

a. Régime continub. Approximation des régimes quasi-stationnaires (Manip ARQS)

II. Étude des circuits électriques1. Dipôles électrocinétiques

a. Définitionb. Conventions d'orientationc. Caractéristique statique Courant/Tension

2. Caractéristiques d'un circuita. Réseau électriqueb. Nœudsc. Branchesd. Maillese. Masse et origine des potentiels

3. Dipôles en série et en parallèleTP 3 : Optique géométrique - I (séance 2/2)

Samedi 21 Octobre : DS n°3 : Optique géométrique et ondes

****************************************************************************************************

Vacances de la Toussaint****************************************************************************************************

Mardi 7 Novembre : Cours (2h00) :Chapitre A-V : Applications de l'optique géométrique

6 / 23

V. Fonctionnement d'un appareil photographique1. Schématisation et modélisation2. Influence des réglages

a. Durée d'expositionb. Effet de l'ouverturec. Effet de la focaled. Caractéristiques techniquese. Profondeur de champ

TD Signaux-5 : Exo 5TD Signaux-6 : Résolution de problème de l'ouverture d'un appareil photographique

Vendredi 10 Novembre : Cours (3h00) :Chapitre A-VI : Circuits électriques dans l'ARQSII. Étude des circuits électriques

4. Lois de Kirchhoffa. Loi des nœudsb. Loi des mailles

III. Étude de quelques dipôles remarquables1. Résistances (résistors ou conducteurs ohmiques)

a. Définition – Loi d'Ohm intégraleb. Effet Joulec. Ordres de grandeurs

2. Condensateur idéala. Relation caractéristiqueb. Aspect énergétiquec. Modélisation d'un condensateur réel

3. Bobine idéalea. Relation caractéristiqueb. Aspect énergétiquec. Modélisation d'une bobine réelle

4. Générateur réela. Source idéale de tensionb. Source idéale de courantc. Source réelle linéaire – Modèle de Thévenin

IV. Méthodes pour les calculs de grandeurs électriques dans un circuit1. Association de résistances

a. En sérieb. En parallèle

2. Pont diviseursa. De tensionb. De courant

TD Signaux-7 : Exo 3 et 5 TP 4 : Ondes – III : Mesure d'une vitesse instantanée par effet Doppler (séance 1/2)

****************************************************************************************************

Mardi 14 novembre : Cours (2h00) : Chapitre A-VI : Circuits électriques dans l'ARQSIV. Méthodes pour les calculs de grandeurs électriques dans un circuit

3. Point de fonctionnementa. Principeb. Application au tracé de caractéristiquec. Exemple de la diode à jonction

4. Méthode générale de résolution (complément)Chapitre A-VII : Circuits linéaires du premier ordreI. Exemples de circuits du premier ordre

1. Mise en équation – Forme canoniquea. Circuit RCb. Circuit RL

7 / 23

c. Régime libre et réponse indicielle ou à un échelon (définitions et réalisations pratiques).2. Résolution de la forme canonique du premier ordre

a. Équation homogèneb. Équation avec second membre constant

3. Circuits équivalents en régime continua. Détermination du régime permanent continub. Détermination des CI – Continuité

TD Signaux-7 : Exo 1, 2, 8 et 11

Vendredi 17 Novembre : Cours (3h00) :Chapitre A-VII : Circuits linéaires du premier ordreI. Exemples de circuits du premier ordre

4. Régime libre du circuit RCa. Forme des solutionsb. Représentations graphiquesc. Tangentes à l'origined. Interprétations physiques (résolution sans équation, « portrait de phase »)

5. Réponse indicielle du circuit RCa. Forme des solutionsb. Représentations graphiquesc. Tangentes à l'origined. Interprétations physiques (résolution sans équation, « portrait de phase »)

6. Régime libre d'un circuit RL – Étincelle de ruptureII. Propriétés générales d'un système du premier ordre

1. Résolutiona. Mise en équation – Conditions initiales b. Forme générale de la solution

TD Signaux-7 : Exo 9 et 13TD Signaux-8 : Exo 1TP 4 : Ondes – III : Mesure d'une vitesse instantanée par effet Doppler (séance 2/2)

****************************************************************************************************

Mardi 21 novembre : Cours (2h00) : Chapitre A-VII : Circuits linéaires du premier ordreII. Propriétés générales d'un système du premier ordre

1. Résolutiona. Mise en équation – Conditions initiales b. Forme générale de la solution

En fonction de Xi et Xf-Représentation graphiquePropriété de la tangente à l'origine, temps de réponse

c. Analyse qualitative – Portrait de phase2. Régimes transitoire et permanent – Stabilité

a. Critère de stabilitéb. Analyse qualitative de la stabilité

3. Exemple à deux maillesIII. Analyses énergétiques

1. Cas du circuit RCa. Régime libreb. Réponse à un échelon

2. Cas du circuit RLTD Signaux-8 : Exo 2. Préparation exos 4 et 5

Jeudi 23 Novembre : Informatique (2h00) : Traitement de type A des incertitudes partie I (séances 1/3)

Vendredi 24 Novembre : Cours (3h00) :Chapitre A-VIII : Systèmes du second ordre – Régime transitoireI. Exemples de systèmes du second ordre

8 / 23

1. Circuit RLC série2. Oscillateur harmonique amorti3. Analogies électromécaniques4. Forme canonique (puls. propre facteur de qualité)

II. Réponse temporelle d'un système du second ordre1. Régime libre

a. Régime apériodiqueb. Régime critiquec. Régime pseudo périodiqued. Régime périodique

2. Réponse indicielle – Cas général3. Temps caractéristique du régime transitoire

TP 5 : Électricité - I (séance 1/2)

****************************************************************************************************

Mardi 28 Novembre : Cours (2h00) : Chapitre A-VIII : Systèmes du second ordre – Régime transitoireII. Réponse temporelle d'un système du second ordre

4. Analyse expérimentale et interprétations physiquesa. Oscillateur mécaniqueb. Circuit RLC série (force de l'analogie)

III. Aspect énergétique – Portrait de phase1. Bilan énergétique

a. Circuit RLC sérieb. Oscillateur mécanique

2. Utilisation d'un portrait de phasea. Interprétation qualitativeb. Lien avec l'aspect énergétique

Chapitre A-IX : Systèmes du second ordre – Régime sinusoïdal forcé.I. Réponse fréquentielle d'un système du second ordre

1. Exemples de systèmes du second ordre en régime forcé (expériences introductives)a. Circuit RLC sérieb. Oscillateur harmonique amorti

2. Régime transitoire – Régime sinusoïdal forcé3. Recherche de la solution particulière sinusoïdale

a. Représentation complexeb. Lien avec la représentation de Fresnelc. Application :

Recherche de la solution particulière de l'équation différentielle : elle devient une équation algébrique sur l'exemple de l'oscillateur mécanique.

d. BilanII. Cas des réseaux électriques en régime sinusoïdal forcé

1. Idée générale2. Impédances complexes en électricité

a. Définitionb. Dipôles remarquables

3. Transposition des lois en régime sinusoïdal forcéa. Description généraleb. Lois de Kirchhoffc. Associations d'impédances en RSFd. Transposition des relations du continu au RSF

4. Liens avec l'équation différentielleTD Signaux-9 : Exo 2 et 5 : Transfert de charges entre condensateurs (2nd ordre)

Jeudi 30 Novembre : Informatique (2h00) : Traitement de type A des incertitudes partie I (séance 2 et 3/3)

Vendredi 1 Décembre : Cours (3h00) :Chapitre A-IX : Systèmes du second ordre – Régime sinusoïdal forcé.

9 / 23

I. Réponse fréquentielle d'un système du second ordre1. Exemples de systèmes du second ordre en régime forcé (expériences introductives)

a. Circuit RLC sérieb. Oscillateur harmonique amorti

2. Régime transitoire – Régime sinusoïdal forcé3. Recherche de la solution particulière sinusoïdale

a. Représentation complexeb. Lien avec la représentation de Fresnelc. Application :

Recherche de la solution particulière de l'équation différentielle : elle devient une équation algébrique sur l'exemple de l'oscillateur mécanique.

d. BilanII. Cas des réseaux électriques en régime sinusoïdal forcé

1. Idée générale2. Impédances complexes en électricité

a. Définitionb. Dipôles remarquables

3. Transposition des lois en régime sinusoïdal forcéa. Description généraleb. Lois de Kirchhoffc. Associations d'impédances en RSFd. Transposition des relations du continu au RSF

4. Liens avec l'équation différentielleIII. Phénomènes de résonance (retour aux expériences)

1. Mise en équation du circuit RLC série2. Résonance en intensité (ou en vitesse)

a. Expression canonique de l'amplitude complexeb. Réponse en amplitude

TP 5 : Électricité - I (séance 2/2)

Samedi 2 Décembre : DS n°4 (3h00) : Électricité et optique

****************************************************************************************************

Mardi 5 Décembre : Cours (2h00) : Chapitre A-IX : Systèmes du second ordre – Régime sinusoïdal forcé.III. Phénomènes de résonance (retour aux expériences)

2. Résonance en intensité (ou en vitesse)b. Réponse en amplitudec. Réponse en phased. Cas de l'oscillateur mécaniquee. Bilan

3. Résonance en élongation ou réponse en chargea. Réponse en charge dans le RLC sérieb. Analogie avec l'élongation de l'oscillateur mécaniquec. Résonance en élongationd. Réponse en phasee. Bilan

TD Signaux-10 : Exo 1, 2 et 4

Jeudi 7 Décembre : Informatique (2h00) : Traitement de type A des incertitudes partie II (séances 1/3)

Vendredi 8 Décembre : Cours (3h00) :Chapitre A-IX : Systèmes du second ordre – Régime sinusoïdal forcé.IV. Aspect énergétique en régime sinusoïdal

1. Définitionsa. Puissance instantanée

10 / 23

b. Puissance moyenne pour un signal périodiquec. Cas d'un condensateurd. Cas d'une résistance

2. Grandeur efficace d'un signala. Définitionb. Cas d'un signal constantc. Cas d'un signal sinusoïdald. Cas d'un signal périodique quelconquee. Conclusion sur la puissance dissipée dans une résistance

Chapitre A-X : Introduction au traitement du signal : filtrage linéaireI. Généralités et définitions

1. Quadripôle linéairea. Définitionsb. Propriétés générales des quadripôles linéairesc. Impédances d'entrée et de sortie

2. Fonction de transfert en régime harmoniquea. Définitionb. Propriétés

3. Filtres linéairesa. Définitionsb. Nature des filtresc. Gain en décibeld. Diagramme de Bode

II. Exemples de filtres linéaires1. Filtre passe-bas du premier ordre – Exemple du filtre RC

a. Comportement asymptotiqueb. Fonction de transfertc. Diagramme de Bode

TD Signaux-12 : Exo 1 (illustration du cours)TP 6 : Électricité - II (séance 1/2)

****************************************************************************************************

Mardi 12 Décembre : Cours (2h00) : Chapitre A-X : Introduction au traitement du signal : filtrage linéaireII. Exemples de filtres linéaires

1. Filtre passe-bas du premier ordre – Exemple du filtre RCc. Diagramme de Boded. Caractère intégrateur

2. Filtre passe-haut du premier ordre – Exemple du filtre RCa. Comportement asymptotiqueb. Fonction de transfertc. Diagramme de Boded. Caractère dérivateur

3. Déphaseur – Atténuateur (exercice)TD Signaux-11 : Système d'amortissement mécaniqueTD Signaux-12 : Exo 2 (illustration du cours)

Jeudi 14 Décembre : Informatique (2h00) : Traitement de type A des incertitudes partie II (séance 2 et 3/3)

Vendredi 15 Décembre : Cours (3h00) : Chapitre A-X : Introduction au traitement du signal : filtrage linéaireII. Exemples de filtres linéaires

4. Filtre passe-bas du second ordre – Exemple du filtre RLCa. Comportement asymptotiqueb. Fonction de transfertc. Diagramme de Bode

5. Filtre passe bande du second ordre – Exemple du filtre RLC

11 / 23

a. Comportement asymptotiqueb. Fonction de transfertc. Diagramme de Bode

III. Applications des filtres linéaires1. Principe général du filtrage

a. Cas d'un signal sinusoïdalb. Superposition de deux fréquences

TP 6 : Électricité - II (séance 2/2)

****************************************************************************************************

Mardi 19 Décembre : Cours (2h00) : Chapitre A-X : Introduction au traitement du signal : filtrage linéaireIII. Applications des filtres linéaires

1. Principe général du filtragea. Cas d'un signal sinusoïdalb. Superposition de deux fréquencesc. Cas d'un signal périodique quelconque

2. Filtrage d'un créneaux (cf. PPT) a. Passe-bas ordre 1b. Passe-haut ordre 1c. Passe-bande sélectifd. Passe-bande peu sélectif

3. Opérations fondamentalesa. Moyenneurb. Suppression de la composante continue (Mode AC)c. Intégrateurd. Dérivateur

IV. Conception de filtres et contraintes pratiques1. Notion de gabarit

a. Définitionb. Exemple

2. Produit de fonctions de transferta. Filtres en cascadeb. Utilisation d'un montage suiveur

3. Réalisations pratiquesTD Signaux-12 : Exo 3 et 6

Jeudi 21 Décembre : Informatique (2h00) : Intégration numérique d'équations différentielles – Partie I (séance 1/3)

Vendredi 22 Décembre : Cours (3h00) : Chapitre A-X : Introduction au traitement du signal : filtrage linéaireV. Conclusion : ouverture sur le non linéaire

Redressement ; Insister sur l'apparition de fréquences nouvelles.Détecteur de crêtes

Chapitre B-I : Introduction – CinématiquePréliminaire : Systèmes de coordonnées – Bases de projections

1. Espace vectoriel – Espace affine2. Coordonnées cartésiennes3. Coordonnées polaires4. Coordonnées cylindriques

TP 7 : Électricité - III (séance 1/2)

****************************************************************************************************

Vacances de Noël****************************************************************************************************

Mardi 9 Janvier :

12 / 23

Cours (2h00) : Chapitre B-I : Introduction – CinématiquePréliminaire : Systèmes de coordonnées – Bases de projections

4. Coordonnées cylindriques5. Coordonnées sphériques

I. Introduction1. Bref historique2. Cadre de la mécanique classique

II. Description du mouvement d’un point matériel1. Distinction solide – Point matériel

a. Solideb. Point matériel

2. Notion de référentiela. Repère d’espaceb. Repère de tempsc. référentield. Notion de relativité du mouvement

3. Position – équation horaire – trajectoire4. Vitesse et hodographe5. Accélération

TD Signaux-12 : Exo 7 et 8

Jeudi 11 Janvier : Informatique (2h00) : Intégration numérique d'équations différentielles – Partie I (séance 2 et 3/3)

Vendredi 12 Janvier : Cours (3h00) :Chapitre B-I : Introduction – CinématiqueII. Description du mouvement d’un point matériel

6. Base locale de Frenet ou trièdre de Frenet (Compléments)III. Utilisation des différents systèmes de coordonnées

1. Coordonnées cartésiennes2. Coordonnées cylindriques3. Coordonnées sphériques4. Trièdre de Frenet(Compléments)5. Distinction entre base de projection – référentiel et repère

IV. Exemples de mouvements de points matériels1. Définitions2. Mouvement rectiligne

a. Mouvement uniformément accéléréb. Mouvement rectiligne uniformec. Mouvement sinusoïdal

3. Mouvement à vecteur accélération constant4. Mouvement circulaire

TD Méca-1 : Exo 1 et 5TP 7 : Électricité - III (séance 2/2)

****************************************************************************************************

Mardi 16 Janvier : Cours (2h00) : Chapitre B-I : Introduction – CinématiqueIV. Exemples de mouvements de points matériels

5. Mouvement hélicoïdal uniforme(+relativité du mouvement)V. Exemples de mouvements d'un solide

1. Translation2. Rotation autour d'un axe fixe

Chapitre B-II : Lois de base de la mécanique newtonienneI. Les lois de Newton

1. Introduction : notion de masse d’inertie2. Référentiels galiléens et principe d’inertie

13 / 23

3. Principe fondamental de la dynamique4. Principe des actions réciproques5. Déterminisme classique6. Mouvement relatif de deux référentiels galiléens.

II. Classification des forces :1. Actions à distance

a. Les 4 interactions fondamentales de l’Universb. Loi d’interaction gravitationnellec. Notion de champ

TD Méca-1 : Exo 3, 6, 8 et 11

Jeudi 18 Janvier : Informatique (2h00) : Intégration numérique d'équations différentielles – Partie II (séance 1/3)

Vendredi 19 Janvier : Cours (3h00) :Chapitre B-II : Lois de base de la mécanique newtonienneII. Classification des forces :

1. Actions à distanced. Poids d’un corps

2. Actions macroscopiques de contact :a. Définitionsb. Action exercée par un filc. Action exercée par un ressortd. Action exercée par un support solidee. Action d’un fluide sur un corps solide

III. Méthodes de résolutions1. Généralité2. Mouvement d’un point matériel dans le champ de pesanteur

a. Mise en équationb. Trajectoire dans le vide

TD Méca-2 : Exo 5TP 8 : Électricité - IV-1 (séance 1/2)

Samedi 20 Janvier : DS n°5 (3h00) : Électricité et mécanique.

****************************************************************************************************

Mardi 23 Janvier : Cours (2h00) : Chapitre B-II : Lois de base de la mécanique newtonienneIII. Méthodes de résolutions

2. Mouvement d’un point matériel dans le champ de pesanteurb. Trajectoire dans le videc. Influence de la résistance de l’air

3. Esquimau sur son igloo4. Cas des systèmes composés

TD Méca-1 : Exo 11 (complément), 12 et 14TD Méca-2 : Exo 6

Jeudi 25 Janvier : Informatique (2h00) : Intégration numérique d'équations différentielles – Partie II (séance 2 et 3/3)

Vendredi 26 Janvier : Cours (3h00) :Chapitre B-II : Lois de base de la mécanique newtonienneIII. Méthodes de résolutions

4. Cas des systèmes composésIV. Théorème de la quantité de mouvement

1. Définition

14 / 23

2. Énoncé du théorème3. Cas d'un système de point

a. Centre d'inertie ou centre de masseb. Quantité de mouvement ou résultante cinétiquec. Théorème du mouvement du centre d'inertie

V. Aspects énergétiques : travail, puissance, énergie1. Travail et puissance d’une force

a. Travail élémentaireb. Cas d’un déplacement finic. Puissance d’une force

TD Méca-3 : Exo 2TP 8 : Électricité – IV-1 (séance 2/2)

****************************************************************************************************

Classe de neige****************************************************************************************************

Lundi 29 Janvier : Cours (2h00) : Chapitre B-II : Lois de base de la mécanique newtonienneV. Aspects énergétiques : travail, puissance, énergie

2. Théorème de l’énergie cinétiquea. Définitionb. Théorèmec. Théorème de la puissance cinétique

3. Énergie potentiellea. Champ de forcesb. Champ de forces conservatif – Énergie potentiellec. Cas particulier d'une force conservatived. Propriétése. Interprétations

4. Gradient d’un champ scalairea. Définitionb. Expression dans les différents systèmes de coordonnéesc. Surfaces de niveaud. Exemple

TD Méca-3 : Exo 2

Cours (2h00) : Chapitre B-II : Lois de base de la mécanique newtonienneV. Aspects énergétiques : travail, puissance, énergie

5. Calculs d’énergies potentiellesa. Méthode généraleb. Énergie potentielle de pesanteurc. Cas d’un champ de forces uniformed. Énergie potentielle élastique à 3De. Énergie potentielle gravitationnelle

6. Énergie mécanique – Conservation de l’énergiea. Théorème de l’énergie mécaniqueb. Conservation de l’énergie mécanique

Chapitre B-III : Mécanique des systèmes à un degré de libertéI. Oscillateur harmonique non amorti

1. Généralités (révisions)2. Pendule élastique vertical

a. Équation du mouvementb. Analyse énergétiquec. Interprétation graphique

Mardi 30 Janvier : TD (4h00) : Feuille exercice TD-Méca-2 et exercices complémentaires

15 / 23

Mercredi 1 février : Cours (2h00) : Chapitre B-III : Mécanique des systèmes à un degré de libertéI. Oscillateur harmonique non amorti

1. Généralités (révisions)2. Pendule élastique vertical

a. Équation du mouvementb. Analyse énergétiquec. Interprétation graphique

II. Étude générale d’un problème à un degré de liberté1. Généralités

a. Définitionsb. Présentation du problèmec. Équation du mouvement

2. Positions d’équilibre et stabilitéa. Positions d’équilibreb. Stabilitésc. Analyse à l’aide de l’énergie potentielled. Bilan

3. Propriétés du mouvementa. Positions accessiblesb. Analyse d’un mouvementc. Mouvement au voisinage d’un équilibre stabled. Présence de frottement

4. Portrait de phasea. Définitions

****************************************************************************************************

Mardi 6 Février : Cours (2h00) : Chapitre B-III : Mécanique des systèmes à un degré de libertéII. Étude générale d’un problème à un degré de liberté

4. Portrait de phaseb. Propriétés généralesc. Cas d’un système conservatifd. Exemple de l’oscillateur harmonique non amorti

III. Étude d'un sismographe1. Principe et modélisation2. Étude du régime libre3. Portrait de phase4. Régime forcé

IV. Cas du pendule simple1. Mise en équation

TD Méca-3 : Exo 1 et 6

Vendredi 9 Février : Cours (3h00) :Chapitre B-III : Mécanique des systèmes à un degré de libertéIV. Cas du pendule simple

2. Étude qualitative3. Étude du mouvement pendulaire

a. Mouvement de faible amplitudeb. Période du mouvement pendulaire

4. Portrait de phaseChapitre B-IV : Mouvement d’une particule chargée dans un champ électrique et magnétique uniforme etindépendant du tempsI. Relations générales

1. Interaction électrostatique : champ, potentiel et énergie potentielle électrostatique2. Champ électromagnétique et force de Lorentz3. Travail de la force de Lorentz4. Ordres de grandeur

16 / 23

5. Théorème de l’énergie cinétiqueII. Mouvement dans un champ E uniforme et stationnaire

1. Mise en équation et résolution2. Accélération linéaire

TP 9 : Électricité – IV-2 (séance 1/2)

Samedi 10 février : DS n°6 : Mécanique

****************************************************************************************************

Mardi 13 Février : Cours (2h00) : Chapitre B-IV : Mouvement d’une particule chargée dans un champ électrique et magnétique uniforme etindépendant du tempsII. Mouvement dans un champ E uniforme et stationnaire

2. Accélération linéaire3. Déviations de particules

III. Mouvement dans un champ B uniforme et stationnaire1. Mise en équation2. Propriétés générales3. Description du mouvement4. Cas particuliers (v0//B ou v0 orthogonal à B)5. Applications

TD Méca-3 : Exo 7TD Méca-4 : Exo 1

Vendredi 16 février : Cours (3h00) :Chapitre B-IV : Mouvement d’une particule chargée dans un champ électrique et magnétique uniforme etindépendant du tempsIV. Applications à l'accélération de particules chargées

1. Généralités2. Cyclotron3. Limitations

Chapitre A-XI : Introduction au monde quantiqueI. Émergence des fondements de la physique quantique (approche documentaire)

1. Optique : onde ou particule au fil de l’histoire des sciences2. Apparition de la notion de photon

a. Effet Photo électriqueb. Effet Comptonc. Bilan

3. Dualité onde-particulea. Lien entre puissance, intensité lumineuse et photonsb. Détections de coïncidencesc. Expérience d’interférence photon par photond. Dualité onde-particule et principe de complémentarité de Bohr

TD-Signaux 13 : Exo 1TP 9 : Électricité – IV-2 (séance 2/2)

****************************************************************************************************

Vacances de Février****************************************************************************************************

Mardi 6 Mars : Cours (2h00) : Chapitre A-XI : Introduction au monde quantiqueII. Notion d’onde de matière

1. Idée de Louis de Broglie a. Relations de De Broglie b. Calculs d’ordres de grandeurc. Bilan

17 / 23

2. Confirmations expérimentalesa. Davisson et Germer (approche documentaire)

TD-Méca 5 : Exo 3 et 4TD-Signaux 13 : Exo 4, 5 et 6

Vendredi 9 Mars : Cours (3h00) :Chapitre A-XI : Introduction au monde quantiqueII. Notion d’onde de matière

2. Confirmations expérimentalesb. Interférences atomiques de Carnal et Mlynek c. Laser à atomes

3. Nature de l’onde de matièrea. Retour sur interférences lumineusesb. Définition de la fonction d’onde (de matière) c. Quelques précautions encore .

III. Inégalités de Heisenberg 1. Cas des photons2. Cas des particules

a. Comparaison avec le cas du photon b. Lien avec la diffraction

IV. Bilan et applications 1. Bilan et interprétations modernes des relations2. Pression de radiation3. Quantification de l’énergie

a. Cas d’un puits de potentiel infiniTD-Signaux 13 : Exo 8TP 10-11 : Optique-II et III (séance 1/4)

****************************************************************************************************

Mardi 13 Mars : Cours (2h00) : Chapitre A-XI : Introduction au monde quantiqueIV. Bilan et applications

3. Quantification de l’énergiea. Cas d’un puits de potentiel infinib. Énergie minimale d’un oscillateur harmonique

Chapitre B-V : Moment cinétique en mécanique – Solide en rotationI. Théorème du moment cinétique pour un point matériel

1. Moment d’une forcea. Par rapport à un pointb. Par rapport à un axe orienté

2. Moment cinétiquea. Par rapport à un pointb. Par rapport à un axe orienté

TD-Signaux 13 : Exo 3 et 9

Vendredi 16 Mars : Cours (3h00) :Chapitre B-V : Moment cinétique en mécanique – Solide en rotationI. Théorème du moment cinétique pour un point matériel

3. Théorèmes du moment cinétiquea. Par rapport à un point fixeb. Par rapport à un axe fixec. Conclusion

4. Conservation du moment cinétique5. Exemple du pendule

II. Théorème du moment cinétique pour un système de points matériels1. Moment cinétique

a. Par rapport à un point

18 / 23

b. Par rapport à un axe orienté2. Bilan des actions sur un système de points

a. Notion de système de forcesb. Résultante d'un système de forcesc. Moment résultant par rapport à un pointd. Notion de glisseur – Point d'applicatione. Notion de couplef. Cas généralg. Moment résultant par rapport à axe orienté

3. Théorème du moment cinétiquea. Par rapport à un point fixeb. Par rapport à un axe fixe.c. Conservation du moment cinétiqued. Conclusion

III. Théorème du moment cinétique pour un solide en rotation autour d'un axe fixe1. Caractéristiques d'un solide

a. Passage discret – continuTP 10-11 : Optique-II et III (séance 2/4)

Samedi 17 Mars : DS n°7 (3h00) : Mécanique – Physique Quantique

****************************************************************************************************

Mardi 20 Mars : Cours (2h00) : Chapitre B-V : Moment cinétique en mécanique – Solide en rotationIII. Théorème du moment cinétique pour un solide en rotation autour d'un axe fixe

1. Caractéristiques d'un solideb. Degrés de libertéc. Moment d'inertie d'un solide par rapport à un axe

2. Équilibre d'un solidea. Mouvement d'ensembleb. Mouvement relatifc. Exemples

3. Solide en rotation autour d'un axe fixea. Cinématique et paramétrageb. Quantité de mouvement ou résultante cinétiquec. Moment cinétique par rapport à l'axe de rotationd. Théorème du moment cinétique par rapport à l'axe de rotatione. Interprétations et analogies

TD-Signaux 13 : Exo 10TD-Meca 6 : Exo 1

Vendredi 23 Mars : Cours (3h00) :Chapitre B-V : Moment cinétique en mécanique – Solide en rotationIV. Applications aux dispositifs rotatifs

1. Étude généralea. Liaisons pivot et pivot idéaleb. Stratégie de résolutionc. Moteurs et freins

2. Pendule de torsiona. Description du dispositifb. Bilan des actions – Couple de torsionc. Équation du mouvement

3. Pendule pesanta. Équation du mouvementb. Analogies avec le pendule simplec. Calcul de la réaction sur l'axe

V. Aspect énergétique de la rotation d'un solide autour d'un axe fixe

19 / 23

1. Énergie cinétique d'un solide en rotation2. Puissance d'une force (ou système de forces) appliquée sur un solide en rotation

TP 10-11 : Optique-II et III (séance 3/4)

****************************************************************************************************

Mardi 27 Mars : Cours (2h00) : Chapitre B-V : Moment cinétique en mécanique – Solide en rotationV. Aspect énergétique de la rotation d'un solide autour d'un axe fixe

3. Théorème de l’énergie cinétique.4. Intégrales premières du mouvement

VI. Cas d'un système déformable1. Exemples2. Travail des forces intérieures

Chapitre B-VI : Mouvement à force centrale – Cas des champs NewtoniensI. Définition du problème

1. Force centralea. Définitionb. Cas d’un champ de forces conservatifc. Exemples

2. Interactions Newtoniennesa. Définitionb. Énergie potentielle

3. BilanII. Conséquences du caractère central de la force

1. Conservation du moment cinétique en O2. Conséquences sur la nature de la trajectoire

a. Type de mouvementTD-Méca 6 : Exo 2, 3, 4 et 8

Vendredi 30 Mars : Cours (3h00) :Chapitre B-VI : Mouvement à force centrale – Cas des champs NewtoniensII. Conséquences du caractère central de la force

2. Conséquences sur la nature de la trajectoireb. Paramétrage

3. Loi des airesIII. Conservation de l’énergie

1. Conservation de l'énergie mécanique2. Énergie potentielle effective

a. Définitionb. Interprétation physique du terme cinétique

3. Cas d’une interaction newtoniennea. Interaction attractiveb. Interaction répulsive

IV. Détermination de la trajectoire1. Méthode générale

a. Équations du mouvementb. Détermination de la trajectoirec. Remarque sur les constantes d’intégration

2. Cas d'une interaction newtoniennea. Expression générale en coordonnées polairesb. Trajectoire circulairec. Trajectoire elliptique

Étude qualitative de la courbe et lien avec l'équation polaire, lien avec Ep(eff), relation énergie mécanique et grand axe, lien entre vitesse et distance au foyer, 3eme loi de Kepler)

d. Autres trajectoires – lien avec Ep(eff)TP 10-11 : Optique-II et III (séance 4/4)

****************************************************************************************************

Mardi 3 Avril :

20 / 23

Cours (2h00) : Chapitre B-VI : Mouvement à force centrale – Cas des champs NewtoniensV. Application à la gravitation

1. Position du problème 2. Mouvement des planètes – Lois de Kepler3. Cas des satellites terrestres

a. Satellites géostationnairesb. Lancement de satellitesc. Première vitesse cosmique et vitesse de libération

VI. Applications à la structure de l'atome1. Modèle de l'électron élastiquement lié2. Diffusion de Rutherford (exercice du TD)3. Modèle de Bohr de l'atome d'hydrogène.

TD Méca-7 : Exo 4, 5, 6 et 7

Mercredi 4 Avril : Cours (2h00) : Chapitre B-VII : Éléments de statique des fluidesPréliminaires : Intégrales multiples

1. Signification de l'intégrale2. Intégrales doubles3. Intégrales triples

I. Description d’un fluide au repos1. Modélisation d’un fluide

a. État fluideb. Modélisation continuec. Fluide au repos

2. Champ de forces dans un fluide au reposa. Forces volumiquesb. Forces surfaciques

Vendredi 6 Avril : Cours (3h00) :Chapitre B-VII : Éléments de statique des fluidesI. Description d’un fluide au repos

3. Forces de pressiona. Définitionb. Unitésc. Expression sous forme de densité volumique de force

4. Équation fondamentale de la statique des fluidesII. Applications aux fluides incompressibles et homogènes

1. Hypothèses2. Équation barométrique

a. Champ de pressionb. Surfaces isobares et surfaces libres(cas d’une interface)c. Interprétation physique

3. Applicationsa. Principe des vases communicantsb. Mesures de pressionsc. Presse hydraulique – Vérinsd. Plongée sous marine

III. Cas des fluides compressibles1. Modèle de l’atmosphère isotherme2. Ordres de grandeur3. Interprétation statistique – Facteur de Boltzmann

a. Densité particulaireb. Interprétation qualitativec. Généralisation

IV. Actions exercées par les fluides au repos1. Actions exercées sur une surface immergée

a. Résultante et moment des forces de pression

21 / 23

b. Point d’applicationTP 12 : Électricité – V (séance 1/2)

****************************************************************************************************

Mardi 10 Avril : Cours (2h00) : Chapitre B-VII : Éléments de statique des fluidesIV. Actions exercées par les fluides au repos

1. Actions exercées sur une surface immergéec. Forces exercées sur les parois d'un récipientd. Actions exercées sur un barrage

2. Théorème d’Archimède3. Applications

a. Cas des corps flottantsb. Glaçon dans un verre

Chapitre C-I : Aspect macroscopique de la thermodynamiqueI. Du microscopique au macroscopique – Champ d’étude de la thermodynamique

1. Exemples de processus2. Nécessité du point de vue macroscopique3. Historique rapide

II. Description d’un système thermodynamique1. Système thermodynamique

a. Définitionsb. Qualificatifs

2. États de la matièrea. Corps purb. Divers états physiquesc. Classification des états physiques

3. Variable d’état – Équilibre thermodynamiquea. Description d’un système thermodynamique par des variables d’étatb. Variables intensives locales ou globalesc. Notion de phased. Équilibre thermodynamiquee. Équation d’état

TD Méca-8 : Exo 2, 3, 4 et 5

Vendredi 13 Avril : Cours (3h00) :Chapitre C-I : Aspect macroscopique de la thermodynamiqueII. Description d’un système thermodynamique

4. Complément culturel : Principe « zéro » de la thermodynamique – définition « historique » de la température

a. Équilibre thermique – Principe zérob. Repérage de la température – Échelles empiriquesc. Température absolue – Échelle légaled. Mesure pratique des températures

5. Evolution d’un système thermodynamique – Transformationsa. Définitionsb. Transformations particulièresc. Transformations à un paramètre constant

III. Approximations courantes de l'équation d'état d'un corps1. Modèle du gaz parfait2. Mélange de gaz – Pression partielle – Cas du gaz parfait3. Approximation des phases condensées

IV. Étude descriptive des états d’un corps pur1. Notion de transition de phase

a. Préliminairesb. Transitions de phasesc. Interprétations microscopiques

2. Étude de l’équilibre liquide vapeura. Compression isotherme d’un gaz parfait

22 / 23

b. Mise en évidence d’une transition de phasec. Pression de vapeur saturanted. Isothermes d'Andrewse. Passage au diagramme (P,T)

3. Généralisation : courbes de coexistence des phasesa. Notion succincte de varianceb. Diagramme d’équilibre – Diagramme (P,T)c. Cas particulier de l’eau

4. Retards aux transitions de phases5. Composition d’un mélange diphasé – Théorème des moments

a. Titre massiqueb. Théorème de moments

TD Thermo-1 : Exo 2 et 6TP 12: Électricité – V (séance 2/2)

****************************************************************************************************

Vacances de Pâques****************************************************************************************************

23 / 23