programme de TS

Lien vers le programme complet sur le site du Ministère de l'Education Nationale.

PROGRAMME DE PHYSIQUE : COMPETENCES EXIGIBLES :

ENSEIGNEMENT OBLIGATOIRE

Introduction à l’évolution temporelle des systèmes 

A - Propagation d’une onde ; ondes progressives

1 - Les ondes mécaniques progressives

1.1 Introduction
À partir des exemples donnés en activité dégager la définition suivante d’une onde mécanique :
“on appelle onde mécanique le phénomène de propagation d’une perturbation dans un milieu sans transport de matière”.
Célérité.
Ondes longitudinales, transversales.
Ondes sonores comme ondes longitudinales de compression-dilatation.
 

Propriétés générales des ondes :
- une onde se propage, à partir de la source, dans toutes les directions qui lui sont offertes
- la perturbation se transmet de proche en proche ; transfert d’énergie sans transport de matière.
- la vitesse de propagation d’une onde est une propriété du milieu.
- deux ondes peuvent se croiser sans se perturber.
1.2 Onde progressive à une dimension
Notion d’onde progressive à une dimension.
Notion de retard : la perturbation au point M à l’instant t est celle qui existait auparavant en un point M’ à l’instant t’= t- τ: avec τ = M’M/v, τ étant le retard et v la célérité (pour les milieux non dispersifs).

2 - Ondes progressives mécaniques périodiques

3 - La lumière, modèle ondulatoire

Observation expérimentale de la diffraction en lumière monochromatique et en lumière blanche (irisation).
Propagation de la lumière dans le vide.
Modèle ondulatoire de la lumière : célérité, longueur d’onde dans le vide, fréquence,
λ= c T = c/ ν.
Influence de la dimension de l’ouverture ou de l’obstacle sur le phénomène observé; écart angulaire du faisceau diffracté par une fente ou un fil rectilignes de largeur a : θ= λ/a.
Lumière monochromatique, lumière polychromatique; fréquence et couleur. Propagation de la lumière dans les milieux transparents ; indice du milieu.
Situer les rayonnements ultraviolets Mise en évidence du phénomène de dispersion de la lumière blanche par un prisme : l’indice d’un milieu transparent dépend de la fréquence de la lumière.

B - Transformations nucléaires

1 - Décroissance radioactive

1.1 Stabilité et instabilité des noyaux
Composition; isotopie ; notation

2 - Noyaux, masse, énergie

2.1 Équivalence masse-énergie
Défaut de masse ; énergie de liaison ∆E = ∆m c² ; unités : eV, keV, MeV.
Énergie de liaison par nucléon.
Équivalence masse-énergie.
Courbe d’Aston – E_l /A = f (A)
2.2 Fission et fusion
Exploitation de la courbe d’Aston; domaines de la fission et de la fusion.
2.3 Bilan de masse et d’énergie d’une réaction nucléaire
Exemples pour la radioactivité, pour la fission et la fusion.
Existence de conditions à réaliser pour obtenir l’amorçage de réactions de fission et de fusion.

C - Évolution des systèmes électriques

1 - Cas d’un dipôle RC

1.1 Le condensateur
Description sommaire, symbole.
Charges des armatures.
Intensité : débit de charges

Algébrisation en convention récepteur i, u, q.
Relation charge-intensité pour un condensateur i = dq/dt, q charge du condensateur en convention récepteur.
Relation charge-tension q = Cu; capacité, son unité le farad (F).
1.2 - Dipôle RC
Réponse d’un dipôle RC à un échelon de tension : tension aux bornes du condensateur, intensité du courant; étude expérimentale et étude théorique (résolution analytique).
Énergie emmagasinée dans un condensateur.
Continuité de la tension aux bornes du condensateur.
Connaître la représentation symbolique d’un condensateur.

2. Cas du dipôle RL

2.1 La bobine
Description sommaire d’une bobine, symbole.
Tension aux bornes d’une bobine en convention récepteur :
u = ri + L di/dt
Inductance : son unité le henry (H).
2.2 Dipôle RL
Réponse en courant d’une bobine à un échelon de tension : étude expérimentale et étude théorique (résolution analytique)
Énergie emmagasinée dans une bobine.
Continuité de l’intensité du courant dans un circuit qui contient une bobine.

3 - Oscillations libres dans un circuit RLC série

Décharge oscillante d’un condensateur dans une bobine.
Influence de l’amortissement : régimes périodique, pseudo-périodique, apériodique.
Période propre et pseudo-période.
Interprétation énergétique : transfert d’énergie entre le condensateur et la bobine, effet Joule.
Résolution analytique dans le cas d’un amortissement négligeable.
Expression de la période propre T0 = 2 π√LC
Entretien des oscillations.

D - Évolution temporelle des systèmes mécaniques

1. La mécanique de Newton

Lien qualitatif entre ΣF_ext et ∆v_G (rappels)
Comparaison de ∆v_G correspondant à des intervalles de temps égaux pour des forces de valeurs différentes (résultat de l’activité)
Introduction de ∆v_G /∆t
Accélération : a_G = lim_{∆t → 0} (∆v_G / ∆t) = dv_G/dt ;
vecteur accélération (direction, sens, valeur).
Rôle de la masse.
Deuxième loi de Newton appliquée au centre d’inertie.
Importance du choix du référentiel dans l’étude du mouvement du centre d’inertie d’un solide : référentiels galiléens.
Troisième loi de Newton : loi des actions réciproques (rappel).

2. Étude de cas

2.1 Chute verticale d’un solide
Force de pesanteur, notion de champ de pesanteur uniforme.
- Chute verticale avec frottement
Application de la deuxième loi de Newton à un mouvement de chute verticale : forces appliquées au solide (poids, poussée d’Archimède, force de frottement fluide); équation différentielle du mouvement; résolution par une méthode numérique itérative, régime initial et régime asymptotique (dit “permanent”), vitesse limite ; notion de temps caractéristique.

- Chute verticale libre
Mouvement rectiligne uniformément accéléré; accélération indépendante de la masse de l’objet. Résolution analytique de l’équation différentielle du mouvement; importance des conditions initiales.

2.2 Mouvements plans
- Mouvement de projectiles dans un champ de pesanteur uniforme
Application de la deuxième loi de Newton au mouvement du centre d’inertie d’un projectile dans un champ de pesanteur uniforme dans le cas où les frottements peuvent être négligés.
Équations horaires paramétriques.
Équation de la trajectoire.
Importance des conditions initiales.

- Satellites et planètes
Lois de Kepler (trajectoire circulaire ou elliptique).
Référentiels héliocentrique et géocentrique.
Étude d’un mouvement circulaire uniforme; vitesse, vecteur accélération; accélération normale.
Enoncé de la loi de gravitation universelle pour des corps dont la répartition des masses est à symétrie sphérique et la distance grande devant leur taille (rappel).
Application de la deuxième loi de Newton au centre d’inertie d’un satellite ou d’une planète : force centripète, accélération radiale, modélisation du mouvement des centres d’inertie des satellites et des planètes par un mouvement circulaire et uniforme, applications (période de révolution, vitesse, altitude, satellite géostationnaire).
Interprétation qualitative de l’impesanteur dans le cas d’un satellite en mouvement circulaire uniforme.

3. Systèmes oscillants

3.1 Présentation de divers systèmes oscillants mécaniques
Pendule pesant, pendule simple et système solide-ressort en oscillation libre : position d’équilibre, écart à l’équilibre, abscisse angulaire, amplitude, amortissement (régime pseudo-périodique, régime apériodique), pseudo-période et isochronisme des petites oscillations, période propre.
Expression de la période propre d’un pendule simple : justification de la forme de l’expression par analyse dimensionnelle.

4. Aspects énergétiques

Travail élémentaire d’une force.
Travail d’une force extérieure appliquée à l’extrémité d’un ressort, l’autre extrémité étant fixe.
Énergie potentielle élastique du ressort.
Énergie mécanique du système solide-ressort.
Énergie mécanique d’un projectile dans un champ de pesanteur uniforme.

5. L’atome et la mécanique de Newton : ouverture au monde quantique

Limites de la mécanique de Newton
Quantification des échanges d’énergie.
Quantification des niveaux d’énergie d’un atome, d’une molécule, d’un noyau.
Application aux spectres, constante de Planck, ∆E = h ν.

E - L’évolution temporelle des systèmes et la mesure du temps

• Comment mesurer une durée?
- À partir d’une décroissance radioactive (âge de la Terre, âge de peintures rupestres…)
- À partir de phénomènes périodiques
. oscillateur électrique entretenu (oscillateur LC)
. mouvements des astres
. rotation de la Terre
. horloges à balancier
. horloges atomiques : définition de la seconde.
• Mesurer une durée pour déterminer une longueur
- À partir de la propagation d’une onde mécanique (télémètre ultrasonore, échographie, sonar…)
- À partir de la propagation d’une onde lumineuse (télémétrie laser, distance Terre-Lune…)
- Le mètre défini à partir de la seconde et de la célérité de la lumière
- Le mètre et le pendule battant la seconde
- Histoire de la mesure des longitudes
• Mesurer une durée pour déterminer une vitesse
- Mesure de la célérité du son
- Mesure de la célérité de la lumière

programme de 1ère S

Lien vers le programme complet sur le site du Ministère de l'Education Nationale.

PROGRAMME DE PHYSIQUE : COMPETENCES EXIGIBLES :

I - Les interactions fondamentales

Les constituants de la matière: neutrons, protons, électrons. Charge élémentaire.

2 - Interactions fondamentales atome et d’un noyau.

- La masse et l’interaction gravitationnelle;
loi de Newton.
-Les charges et l’interaction électrique;
loi de Coulomb; direction, sens, valeur: F = kqq’/d² avec k ∼ 9 × 10⁹ S I
Phénomènes d’électrisation . Isolants . Conducteurs; porteurs de charge: électrons et ions
- Les nucléons et l’interaction forte.
Deux interactions à l’œuvre dans le noyau: la répulsion coulombienne entre protons compensée, jusqu’à l’uranium, par une interaction attractive intense mais de courte portée.

3 - Interactions et cohésion de la matière à diverses échelles

échelle astronomique
échelle atomique et humaine
échelle du noyau.

II - Forces, travail et énergie

A - FORCES ET MOUVEMENTS

1 - Mouvement d’un solide indéformable

1 . 1 Vecteur vitesse d’un point du solide
1 . 2 Centre d’inertie d’un solide
1 . 3 Mouvement de translation d’un solide
1 . 4 Mouvement de rotation d’un solide autour d’un axe fixe; vitesse angulaire

2 - Forces macroscopiques s’exerçant sur un solide

Actions exercées sur un solide; exemples d’effets produits (maintien en équilibre, mise en mouvement de translation, mise en mouvement de rotation, déformations).

3 - Une approche des lois de Newton appliquées au centre d’inertie

1ère loi: Principe d’inertie
Ce principe n’est vrai que dans certains référentiels. Ces référentiels sont dit galiléens.
2ème loi: Aspect semi-quantitatif:
comparaison de la somme des forces et de la variation du vecteur vitesse du centre d’inertie dans un référentiel galiléen.
3ème loi: Principe des actions réciproques

B - TRAVAIL MÉCANIQUE ET ÉNERGIE

1 - Travail d’une force

1 . 1 Notion de travail d’une force
Effets possibles d’une force dont le point d’application se déplace.
1. 2 Travail d’une force constante
W_AB = F . AB = F.AB. cos α
Unité de travail: le joule (symbole: J).
Expression du travail du poids d’un corps.
Travail moteur, travail résistant.
1 . 3 Puissance du travail d’une ou plusieurs forces

2 - Le travail: un mode de transfert de l’énergie

2 . 1 Travail et énergie cinétique
Dans un référentiel terrestre, étude expérimentale de la chute libre d’un corps au voisinage de la Terre; travail du poids:
W_AB(P) = Δ [ ( 1 / 2 ) M V_G² ]
Interprétation énergétique; définition de l’énergie cinétique d’un solide en translation.
Généralisation : pour un solide en translation soumis à diverses forces:
( 1 / 2 ) M V_B² - (1/2)M V_A² = Σ W_AB(F_ext) .
2 . 2 Travail et énergie potentielle de pesanteur
Énergie potentielle d’un solide en interaction avec la Terre;
Cas particulier des situations localisées au voisinage de la Terre. Relation E_pp = M g z . Transformation d’énergie potentielle en énergie cinétique dans le cas de la chute libre.
2 . 3 Travail et énergie interne
Quelques autres effets du travail reçu (déformations élastiques, élévation de température, changements d’état physico-chimiques). Notion d’énergie interne.

3 - Le transfert thermique

Un travail reçu peut produire une élévation de température d’un corps. Une élévation identique de température peut être obtenue par transfert d’énergie sous une autre forme: le transfert thermique; aspect microscopique.

III - Électrodynamique

A - CIRCUIT ÉLECTRIQUE EN COURANT CONTINU

1 . 1 Énergie électrique We reçue par un récepteur, traversé par le courant d’intensité I, pendant Δ t:
W_e = (V_A- V_B) I Δ t avec U_AB= (V_A- V_B)>0
Puissance électrique du transfert: P=U_ABI .
1 . 2 Effet Joule: applications
1 . 3 Énergie électrique transférée du générateur au reste du circuit pendant la durée Δ t: W_e = (V_P- V_N) I Δ t
( V_P- V_N) =U_PN désigne la différence de potentiel ou tension entre les bornes positive et négative du générateur et I l’intensité du courant qui le traverse.
Puissance électrique du transfert: P=U_PN I
1 . 4 Bilan du transfert d’énergie pendant la durée Δ t
Un récepteur absorbe une énergie électrique U_AB.I. Δ t , en “dissipe” une partie r.I² . Δ t et convertit le reste sous une autre forme (mécanique, chimique).
Un générateur transforme partiellement une forme d’énergie (mécanique, chimique) E.I.Δ t en énergie électrique disponible U_PN. I .Δ t . Le complément r.I².Δ t est “dissipé” sous forme thermique par effet Joule.

2. Comportement global d’un circuit
2 . 1 Distribution de l’énergie électrique:
pendant la durée Δ t:
W_e (générateur) = Σ W_e(récepteur)
Justification énergétique des lois d’additivité des tensions et des intensités (loi des nœuds).
2 . 2 Étude des paramètres influant sur l’énergie transférée par le générateur au reste d’un circuit résistif:
- Influence de la force électromotrice E
- Influence des résistances et de leurs associations
- Relation I =E / R_eq
- Puissance maximale disponible aux bornes d’un générateur, tolérée par un récepteur.

B - MAGNÉTISME. FORCES ÉLECTROMAGNÉTIQUES

1 - Champ magnétique

Action d’un aimant, d’un courant continu, sur une très courte aiguille aimantée.
Vecteur champ magnétique B: direction, sens, valeur et unité.
Exemples de lignes de champ magnétique; champ magnétique uniforme.
Superposition de deux champs magnétiques (addition vectorielle)

2 - Champ magnétique créé par un courant

Proportionnalité de la valeur du champ B et de l’intensité du courant en l’absence de milieux magnétiques.
Champ magnétique crée par:
- un courant rectiligne ;
- un solénoïde .

3 - Forces électromagnétiques

Loi de Laplace; direction, sens, valeur de la force : F = I l B sin α

4 - Couplage électromécanique

Conversion d’énergie électrique en énergie mécanique. Rôle moteur des forces de Laplace. Observation de l’effet réciproque associé au mouvement d’un circuit dans un champ magnétique : conversion d’énergie mécanique en énergie électrique.

IV - Optique

1 - Conditions de visibilité d’un objet

Rôle de l’œil dans la vision directe des objets.
Propagation de la lumière: modèle du rayon lumineux ; point-objet.
Lentilles convergentes; lentilles divergentes.
Critères simples de tri

2 - Images formées par les systèmes optiques

2 . 1 Images données par un miroir plan
Observation et localisation de l’image d’un objet donnée par un miroir plan.
Point-image conjugué d’un point objet. Lois de la réflexion.
2 . 2 Images données par une lentille convergente
Observation et localisation des images données par une lentille convergente.
Modélisation géométrique d’une lentille mince convergente; centre optique, foyers; distance focale, vergence.
Modélisation analytique: relations de conjugaison et de grandissement des lentilles minces convergentes. La loupe.

3 - Un exemple d’appareil optique

Modélisation expérimentale d’un instrument d’optique simple: lunette astronomique, lunette terrestre ou jumelles, appareil de projection ou de rétro-projection...

programme de seconde

Lien vers le programme complet sur le site du Ministère de l'Education Nationale.

PROGRAMME DE PHYSIQUE : COMPETENCES EXIGIBLES :

I - Exploration de l’espace

1.1. Présentation de l’Univers
L’atome, la Terre, le système solaire, la Galaxie, les autres galaxies .

1.2. Echelle des longueurs leur taille.
Echelle des distances dans l’univers de l’atome aux galaxies. Unités de longueur. Taille comparée des différents systèmes.

1.3. L’année de lumière.
Propagation rectiligne de la lumière. Vitesse de la lumière dans le vide et dans l’air. Définition et intérêt de l’année de lumière

2 - Messages de la lumière

2.2.1. Spectres d’émission
Spectres continus d’origine thermique. Spectres de raies.
2.2.2. Spectres d’absorption
Bandes d’absorption de solutions colorés. Raies d’absorption caractéristiques d’un atome ou d’un ion.

2.3. Application à l’astrophysique
II - L’Univers en mouvements et le temps

Le mouvement des planètes est interprété par l’existence des forces d’interaction gravitationnelle. Ces mouvements ont permis à l’Homme de se repérer dans le temps. Par la suite, la fabrication d’horloges, mécaniques ou électriques, ont permis un repérage beaucoup plus précis.

1 - Mouvements et forces

1.1. Relativité du mouvement
1.2. Principe d’inertie

1.2.a. Effets d’une force sur le mouvement d’un corps.
Rôle de la masse du corps.

1.2.b. Enoncé du principe d’inertie pour un observateur terrestre : “tout corps persévère dans son état de repos ou de mouvement rectiligne uniforme si les forces qui s’exercent sur lui se compensent”

1.3. La gravitation universelle

1.3.a. L’interaction gravitationnelle entre deux corps.

1.3.b. La pesanteur résulte de l’attraction terrestre .
Comparaison du poids d'un même corps sur la Terre et sur la Lune

1.3.c. Trajectoire d’un projectile.
Interprétation du mouvement de la Lune (ou d’un satellite) par extrapolation du mouvement d’un projectile.

2 - Le temps

2.1 Phénomènes astronomiques :
l’alternance des jours et des nuits, des phases de la lune, des saisons permettent de régler le rythme de la vie (jour, heure, mois, année).
2.2 Dispositifs construits par l’Homme.
III - L’air qui nous entoure

1. Du macroscopique au microscopique

1.2 Nécessité de décrire l’état gazeux par par des grandeurs physiques macroscopiques

1.2.1 Notion de pression
- force pressante exercée sur une surface, perpendiculairement à cette surface
- définition de la pression exercée sur une paroi par la relation P=F/S.
- instrument de mesure de la pression : le manomètre.
- unités de pression.
- mise en évidence et origine de la pression dans un gaz ; interprétation microscopique.

1.2.2. Notion d’état thermique
De nombreux phénomènes physiques peuvent renseigner sur l’état thermique d’un corps comme : la dilatation des liquides, la dilatation des gaz, la variation de la résistance électrique, l’émission de rayonnement (cf. Messages de la lumière)… La mesure d’une température implique l’équilibre thermique de deux corps en contact.

2. Lien entre agitation thermique et température :
équation d’état des gaz parfaits

- l’agitation des molécules constituant un gaz à faible pression caractérise son état thermique et peut être utilisée pour définir sa température.
- tous les gaz permettent de définir la même échelle de température, dite échelle Kelvin
- l’absence d’agitation thermique correspond au zéro absolu.
- la température u en degré Celsius est déduite de la température absolue T.