Ressources pédagogiques en Physique


Electricité 1&2 : Notions de base, constructions et expériences - Les lois de l'électricité et leurs applications / Collège-Lycée 12-18 ans

1. L'électricité dans les atomes et les molécules. Configuration électronique des éléments.
  1. Particules de charges opposées : le proton et l’électron.
  2. Interaction entre deux charges électriques : la loi de Coulomb.
  3. Illustrer la loi de Coulomb. Déterminer les charges identiques sur deux sphères.
  4. L'atome d'hélium.
  5. Etats de l'atome d'hydrogène. Modèle en couches.
  6. Les 3 particules qui constituent les atomes. Nomenclature des états de l’atome d’hydrogène.
  7. La table périodique des éléments : de l'hydrogène au néon. Notation spectroscopique.
  8. La table périodique des éléments : du sodium à l'argon.
  9. Représenter la configuration électronique des éléments de l’hydrogène à l’argon.
  10. La table périodique des éléments du potassium Z=19 au Krypton Z=36.
  11. Les molécules : des atomes liés.
  12. Consulter la configuration électronique d'un élément.
2. Conducteurs et isolants. Le pendule électrostatique. Etude de l’électroscope
  1. Electrisation de matériaux isolants par frottement.
  2. Electrisation de matériaux conducteurs : le pendule électrostatique.
  3. Charge puis décharge du pendule électrostatique.
  4. Fiche savoir
  5. Description de l’électroscope.
  6. Charger puis décharger l’électroscope par contact.
  7. Ai-je bien compris le principe de l’électroscope par contact ?
  8. Agir sur l’électroscope par influence.
  9. Comment se manifeste le phénomène d’influence ?
  10. Maitriser les notions de base de l’électrostatique.
  11. Activité libre. Utiliser le grapheur pour représenter une fonction à étudier.
3. Champ de gravitation et poids, potentiel. Condensateur, champ et force électriques.
  1. Comparaison d’une force de traction musculaire au poids d’un corps. Le newton, unité de force.
  2. Déterminer le poids de plusieurs masses. Proportionnalité du poids à la masse.
  3. Relation entre le poids et la masse d’un corps. Le champ de gravitation terrestre.
  4. La gravitation se manifeste par le poids des corps au niveau du sol. Energie potentielle.
  5. Potentiel de gravitation au niveau du sol.
  6. Déterminer puis tracer le poids d’un corps. Variation de l’énergie potentielle d’un cycliste.
  7. Présentation et schéma d'un condensateur plan. Champ électrique à l'intérieur et à l'extérieur.
  8. Calculer et tracer un champ électrique. Variation de E en fonction de la distance.
  9. Comparaison du champ électrique au champ de gravitation.
  10. Force électrique subie par un proton ou un électron dans un condensateur.
  11. Comparaison entre les poids et les forces électriques subies par un proton ou un électron.
4. Condensateur avec diélectrique, capacité. Charges sur les plaques. Expérience de Millikan.
  1. Potentiel V à l'intérieur d'un condensateur plan.
  2. Détermination du potentiel V et représentation graphique.
  3. Les charges électriques sur les plaques du condensateur. Capacité.
  4. Condensateur avec un diélectrique. Champ électrique de claquage.
  5. Condensateurs industriels.
  6. Calcul de la densité de charge et de la capacité d'un condensateur.
  7. Expérience de Millikan sur des gouttelettes d'huile.
  8. Quantification de la charge électrique et mesure de la charge élémentaire e.
5. Potentiel et tension. Electrostatique. Effet des pointes: le paratonnerre
  1. Potentiel et tension électriques.
  2. Force électromotrice d'un générateur.
  3. Différence de potentiel aux bornes d'un pack de piles montées en série.
  4. Déterminer la différence de potentiel aux bornes de piles en série.
  5. Electrostatique : champ électrique et potentiel à l'intérieur d'un conducteur à l'équilibre.
  6. Propriétés géométriques et équations de l'éllipse. Ellipsoïde de révolution allongé.
  7. Potentiel V crée par ellipsoïde chargé.
  8. Etude du potentiel V crée par un ellipsoide.Calcul du champ électrique.
  9. Activité libre. Observer EA/EB sur un ellipsoïde en fonction de l’excentricité e0.
  10. Pouvoir des pointes. Le paratonnerre.
6. Principaux éléments de l'oscilloscope. Mesure de tensions et de fréquences
  1. Principaux éléments de l'oscilloscope.
  2. Le canon à électrons.
  3. Comprendre comment le spot est produit.
  4. Déviation verticale du spot.
  5. Mesure d'une tension continue sur l'oscilloscope.
  6. Mesures de tensions continues sur l’oscilloscope.
  7. Balayage de l'écran. Base de temps. Mesure de tensions périodiques.
  8. Mesure de la période et de la fréquence d'une tension périodique.
7. L’ampoule électrique à incandescence. L’ampoule d’une lampe de poche.
  1. Principaux éléments d'une ampoule électrique.
  2. Principe de la lampe à incandescence.
  3. L'ampoule dans le circuit d'une lampe de poche.
  4. De la lampe d'Edison aux lampes à halogènes.
  5. Connaitre le fonctionnement d’une ampoule.
8. Intensité du courant électrique comparée au débit d’une rivière. Courant à l’échelle microscopique.
  1. Débit d’une rivière.
  2. Savoir déterminer le débit volumique et le volume massique d’une rivière.
  3. Le courant électrique et son intensité.
  4. Fiche savoir.
  5. Charge électrique débitée par une pile.
  6. Structure du cuivre à l’échelle microscopique.
  7. Mouvement des électrons en circuit ouvert. Vitesse de Fermi.
  8. Mouvement des électrons en circuit fermé: le courant électrique.
9. Conservation de la charge électrique. Conservation du courant. Loi des nœuds
  1. Conservation de la masse: le débit d’une rivière est le même sur son parcours.
  2. Conservation de la charge électrique.
  3. L’intensité du courant est la même le long d’un fil, sans dérivation.
  4. Deux lampes montées en série.
  5. Conservation du courant à un nœud.
  6. Fiche savoir.
  7. Deux lampes montées en parallèle.
  8. Circuit comprenant des lampes montées en série et en dérivation.
  9. Le circuit électrique. Les mots justes.
  10. Activité libre. Construction de circuits électriques.
10. Densité du courant dans un fil conducteur. La loi d’Ohm. Pour une résistance U=RI.
  1. Densité de courant dans une rivière.
  2. Définition et calcul de la densité de courant électrique.
  3. Variation de la densité du courant avec le diamètre d’un fil conducteur.
  4. Densité de courant dans un fil formé de plusieurs brins.
  5. Forme moderne de la loi d’Ohm. U= RI pour un fil conducteur ou une résistance.
  6. Résistance d’un fil de cuivre. Effet sur la tension le long d’un circuit.
  7. Comparaison de la conductivité de quelques métaux.
  8. Choix des filaments d’ampoules de résistances données.
  9. Relation entre la conductivité et le temps moyen entre collisions.
  10. Calcul du temps moyen entre collisions pour le cuivre.
11. Ampoules montées en série et en parallèle. Ampèremètre et voltmètre.
  1. Présentation du multimètre utilisé en ampèremètre. Exemple de mesure d’intensité.
  2. Mesure de l’intensité d’un courant à l’aide d’un multimètre.
  3. Calibres du multimètre utilisé en voltmètre. Principe de la mesure d’une tension
  4. Mesurer des forces électromotrices (f.e.m) à l’aide d’un multimètre utilisé en voltmètre.
  5. Mesure de tensions dans un circuit comprenant une puis deux ampoules en série.
  6. Intensité du courant et tensions aux bornes de deux ampoules montées en série.
  7. Deux ampoules montées en parallèle, dans le circuit : intensités et tensions.
  8. Comparaison de l’intensité débitée sur une lampe et deux lampes en parallèle.
  9. Fiche savoir
12. Utilisation d’un rhéostat. Caractéristique et résistance interne d’une pile.
  1. Rappel des lois de base de l’électricité.
  2. Résistance équivalente à des résistances montées un série.
  3. Le rhéostat permet de faire varier l’intensité du courant. Le potentiomètre.
  4. La pile, générateur non-idéal : Résistance interne et court-circuit.
  5. Caractéristique courant-tension d’une pile. Déterminer sa f.e.m et sa résistance interne.
  6. Fiche savoir
  7. Lampes d’une guirlande montées en série.
  8. Montage en série de deux ampoules ayant des intensités nominales différentes.
13. Générateur de tension alimentant des lampes en parallèle. Pont de Wheatstone.
  1. Comparaison entre un circuit série et un circuit parallèle.
  2. Circuit parallèle alimentant deux ampoules. Résistance équivalente.
  3. Intensités dans un circuit avec deux lampes en parallèle.
  4. Générateur non idéal alimentant plusieurs résistances en parallèle.
  5. Générateur alimentant n ampoules identiques en parallèle.
  6. Répartition du courant dans un dipôle formé par deux résistances en parallèle.
  7. Mesure précise d’une résistance : pont de Wheatstone.
  8. Survenue et dangers des court-circuits : Circuit série.
  9. Survenue et dangers des court-circuits : Circuit parallèle.
14. Résistances équivalentes, courant et tension dans différents circuits.
  1. Deux résistances montées en série.
  2. Deux résistances montées en parallèle.
  3. Une résistance en série avec deux résistances en parallèle.
  4. Une résistance en série et deux résistances en parallèle : applications.
15. Multimètre utilisé en ampèremètre et en voltmètre en courant continu.
  1. Le microampèremètre, pièce maitresse du multimètre.
  2. Branchement du multimètre en ampèremètre.
  3. Utilisation du calibre le moins élevé, 50 A. Utilisation du shunt pour changer de calibre.
  4. Déterminer la résistance des shunts et de l’ampèremètre pour les différents calibres.
  5. Multimètre utilisé en voltmètre. Principe de la mesure d’une tension.
  6. Mesure de la tension aux extrémités d’un fil de connexion.
  7. Résistance interne du voltmètre.
  8. Déterminer la résistance du voltmètre pour les différents calibres.
  9. Mesure d’une force électromotrice. Courant prélevé par le voltmètre.
16. Energie et puissance électriques. Le courant alternatif. Effet Joule.
  1. Travail de la force électrique sur une charge ; énergie potentielle.
  2. Energie et puissance fournie ou reçue par un dipôle parcouru par un courant : p=UI.
  3. Puissance fournie par un générateur alimentant une résistance.
  4. Conducteurs ohmiques. Loi de Joule.
  5. Puissance et énergie fournie par un générateur.
  6. Courant alternatif : tension et intensité. Tension, intensité et puissance efficaces.
  7. Radiateur électrique : puissance, résistance, intensité efficace, consommation.
  8. Puissances et intensités de dipôles du circuit d’une voiture.
  9. Perte d’énergie lors du transport en ligne pour l’alimentation d’une locomotive.
  10. Puissance consommée par une ampoule en fonction de la tension appliquée.
17. Energie et puissance électriques. Le courant alternatif. Effet Joule.
  1. Particule libre dans la Mécanique de Newton et dans la Relativité Restreinte d’Einstein
  2. La mécanique d’Einstein rejoint-elle la mécanique de Newton aux faibles vitesses ?
  3. Equation fondamentale de la dynamique et travail de la force électrique.
  4. Théorème de conservation de l’énergie d’une particule dans un champ électrique.
  5. Vitesse acquise par un électron par la traversée d’un condensateur.
  6. Mouvement d’une particule relativiste dans un champ électrique uniforme et constant
  7. Trajectoire d’un électron non relativiste dans un condensateur plan
  8. Déviation du spot sur l’écran d’un tube cathodique dans le cas non relativiste.

Optique 1 : Lumière, ondes, photons, planètes, vision...
Collège-Lycée 12-18 ans

1. La lumière est émise et absorbée par la matière.
  1. Source primaire de lumière.
  2. Source secondaire et diffusion de la lumière.
  3. Réflexion de la lumière.
  4. Corps blanc et corps noir.
  5. Transmission de la lumière.
  6. Substances transparentes, opaques et translucides.
  7. Luminescence.
2. La lumière et notre environnement.
3. Le modèle de Bohr de l'atome d'hydrogène.
  1. Notions sur l'intéraction de la lumière avec la matière.
  2. Modèle de Bohr de l'atome d'hydrogène.
  3. Etat fondamental de l'atome d'hydrogène.
  4. E0 , énergie d'ionisation de l'atome d'hydrogène.
  5. Etats excités n=2 et n=3.
  6. Généralisation à tous les états n du modèle de Bohr.
  7. Déterminer les énergies des états n = 4,5,6, ...
4. Emission de photons par l'hydrogène - Série de Lyman.
  1. L'émission d'un photon a lieu avec conservation de l'énergie.
  2. Energies des photons dans les deux premières transitions vers l'état m=1.
  3. Déterminer et tracer le spectre des photons dans la série de Lyman.
5. Emission de photons par l'hydrogène - Série de Balmer.
  1. Définition de la série de Balmer.
  2. La transition $3{\to2}$ dans la série de Balmer.
  3. Déterminer et tracer le spectre des photons dans la série de Balmer.
6. Emission de photons par l'hydrogène - Série de Paschen.
  1. Présentation de la série de Paschen.
  2. Expression de Eg dans les transitions $n {\to3}$.
  3. Déterminer et tracer le spectre des photons dans la série de Paschen.
  4. Le photon est une particule de masse nulle.
  5. Fiche savoir.
7. Dénomination du rayonnement selon l'énergie $E_\gamma$. Spectre de l'hydrogène d'après Bohr.
  1. Rayonnement visible.
  2. Rayonnement infrarouge, visible et ultraviolet.
  3. Limites conventionnelles des domaines d'énergie $E_\gamma$.
  4. Fiche savoir.
8. Cinématique des photons.
  1. Le photon ne peut être décrit que dans le cadre de la relativité.
  2. L'énergie et l'impulsion d'une particule en relativité.
  3. Définition de la masse d'une particule.
  4. Interprétation de l'équation d'Einstein.
  5. Définition de la vitesse d'une particule en relativité.
  6. La vitesse du photon et la vitesse de la lumière.
9. Connaître les propriétés cinématiques des photons.
10. Lumière, ombre et pénombre.
  1. Propagation rectiligne de la lumière.
  2. Ombre d'une source lumineuse ponctuelle.
  3. Ombre d'une source lumineuse étendue.
  4. Utiliser les rayons lumineux pour interpréter les ombres.
  5. Interpréter l'ombre d'une source lumineuse étendue.
  6. Ombre et pénombre en fonction de la distance et du rayon du globe lumineux.
  7. Une boule éclairée par un globe.
11. Notions sur les planètes du système solaire. Définition et propriétés de l'ellipse.
  1. Introduction.
  2. Le Soleil et les planètes.
  3. Définition et propriétés de l'ellipse.
  4. Orbite de la planète Icare.
  5. Position du second foyer, définition géométrique de l'ellipse.
  6. Second axe de symétrie de l'ellipse.
  7. Fiche Savoir.
  8. Dimensions des planètes et de leurs orbites.
  9. Périhélie et aphélie d'une orbite elliptique.
12. Cônes d'ombre et de pénombre d'une planète.
  1. Longueur et demi-angle d'ouverture du cône d'ombre.
  2. Cône d'ombre de la Terre.
  3. Cône d'ombre de la lune.
  4. Position du sommet et demi-angle d'ouverture du cône de pénombre.
13. La Terre et son satellite naturel, la Lune. Eclipses de lune et de soleil.
  1. Mouvement de la Terre autour du Soleil.
  2. Les phases de la Lune.
  3. Eclipse de Lune.
  4. Eclipse de Soleil.
14. Rayons lumineux, le Soleil et les planètes.
15. L'oeil et la vision. Couleurs et trichromie.
  1. Description de l'oeil.
  2. Fonctionnement de l'oeil.
  3. Caractériser un oeil normal, hypermétrope, myope.
  4. Composition de la lumière du jour.
  5. Couleur par diffusion d'un objet éclairé.
  6. Couleur par transmission.
  7. La trichromie : synthèses additive et soustractive des couleurs.
  8. Synthétiser une couleur.
16. Vision et couleurs.
17. Description temporelle d'une onde monochromatique progressive. Relation de Planck.
  1. Amplitude d'une onde et sa représentation.
  2. Mesure d'un angle en radians.
  3. Période T d'une onde monochromatique.
  4. Définition de la fréquence $\nu$ .
  5. La relation de Planck E = h$\nu$ .
  6. Correspondance numérique entre énergie et fréquence.
  7. Limites conventionnelles des ondes électromagnétiques exprimées en fréquence.
18. Description spatio-temporelle d'une onde monochromatique. Longueur d'onde.
  1. Référentiel d'espace-temps.
  2. Pulsation $\omega$ et vecteur d'onde $\vec{k}$ d'une onde plane monochromatique.
  3. Amplitude et phase de l'onde monochromatique.
  4. Définition de la période T et de la longueur d'onde $\lambda$.
  5. Fiche savoir.
  6. Propagation de l'onde plane : vitesse de phase.
  7. Forme invariante de la phase de l'onde plane monochromatique progressive.
  8. Fréquences des raies de la série de Balmer.
19. Le photon et l'onde électromagnétique associée. Dualité onde corpuscule.
  1. Aspects ondulatoire et corpusculaire de la lumière.
  2. Dualité onde - corpuscule.
  3. Fiche savoir.
  4. Relation de dispersion d'une onde électromagnétique dans le vide.
  5. Vitesse de phase d'une onde électromagnétique dans le vide.
  6. Relier les paramètres du photon et de l'onde plane monochromatique associée.
20. Longueur d'onde associée au photon en fonction de son énergie.
  1. Correspondance numérique entre l'énergie du photon et la longueur d'onde associée.
  2. Plage des longueurs d'onde du spectre de la lumière visible.
  3. Graphe de la longueur d'onde $\lambda$ en fonction de l'énergie E du photon.
  4. Energie des photons émis par un laser de laboratoire.
21. Longueurs d'onde du spectre de l'hydrogène dans le modèle de Bohr.
  1. Energie du photon émis.
  2. Longueur d'onde associée au photon.
  3. Série de Lyman.
  4. Série de Balmer.
  5. Série de Paschen.

Optique 2 : Réflexion, réfraction, arc-en-ciel, miroirs, prismes, lentilles. Microscopes, télescopes, interférences / Lycée 15-18 ans

1. Indice d'un milieu transparent. Vitesse de phase.
  1. Rappels sur la phase de l'onde monochromatique progressive.
  2. Définition de la vitesse de phase.
  3. Rappel de la relation entre $\omega$ et k dans le vide.
  4. Propagation de la lumière dans un milieu transparent. Définition de l'indice n.
  5. Vitesse (de phase) de la lumière dans un milieu d'indice n.
  6. Indices de quelques substances de notre environnement.
  7. Réfringence et dispersion de trois qualités de verre.
  8. Vitesse de la lumière dans l'eau et dans le verre.
  9. Vitesse de la lumière dans l'air, comparée à c, vitesse dans le vide.
2. Réflexion et réfraction de la lumière : lois de Descartes - Snell. Angle critique.
  1. Mise en évidence expérimentale de la réflexion et de la réfraction.
  2. Choix du repère. Vecteurs d'onde et pulsations.
  3. Raccordement des ondes incidente et réfléchie.
  4. Raccordement des phases des ondes incidente et transmise.
  5. Fiche Savoir. Lois de la réflexion et de la réfraction.
  6. Réflexion et transmission en termes de photons.
  7. Incidence normale.
  8. Incidence rasante, angle critique.
3. Réflexion sur un miroir plan : formation des images.
  1. Lois de la réflexion appliquées à un miroir plan.
  2. Trajet des rayons émis par une source ponctuelle.
  3. Image d'un point dans un miroir plan.
  4. Image d'un vecteur polaire.
  5. Image d'une boucle circulaire orientée.
  6. Image d'un mot dans une glace. Chercher l'erreur.
  7. Rotation du rayon réfléchi lorsque le miroir plan tourne.
  8. Fiche savoir.
4. Images formées par réfraction. Foyers objet et image. Dioptres sphériques et lentilles.
  1. Image d'une pièce de monnaie dans un bassin.
  2. Image d'une pièce de monnaie dans un aquarium sphérique.
  3. Dioptres sphériques en lumière monochromatique. Formule de conjugaison et foyers.
  4. Formule de conjugaison avec des origines aux foyers : formule de Newton.
  5. Plans conjugués, plans focaux. Définition et formules du grandissement.
  6. Image formée par deux dioptres coaxiaux. Relation de conjugaison et foyers d'une lentille épaisse.
  7. Grandissement d'une lentille épaisse, distances focales, plans unitaires.
  8. Fiche Savoir 1. Principales propriétés des lentilles épaisses.
  9. Fiche Savoir 2. Propriétés des lentilles minces selon l'indice n et les rayons de courbure.
  10. Distances focales de lentilles minces connaissant l'indice et les rayons de courbure.
5. Propriétés des lois de la réfraction, angle critique. Application aux fibres optiques.
  1. Etude et graphe de la loi de Descartes - Snell. Angle de réfraction limite.
  2. Invariance par renversement du temps : principe du retour inverse de la lumière.
  3. Réfraction dans un milieu moins réfringent. Angle critique.
  4. Les fibres optiques.
  5. Un barreau cylindrique éclairé par un faisceau laser.
6. Dispersion de la lumière blanche par un bloc de verre hémicylindrique.
  1. Variation de l'indice n du verre avec la longueur d'onde.
  2. Réfraction par la surface plane puis par la surface cylindrique.
  3. Lumière blanche incidente sur la surface plane.
  4. Lumière blanche incidente sur la surface cylindrique.
7. Déviation d'une lumière monochromatique par un prisme. Mesure de l'indice n.
  1. Description et caractéristiques du prisme optique.
  2. Fiche Savoir.
  3. Equations de base de la réfraction par un prisme.
  4. Réfraction d'un rayon de lumière monochromatique.
  5. Recherche de la déviation minimum. Angles correspondants à cette déviation.
  6. Mesure de l'indice n d'un prisme à partir de la déviation minimum.
  7. Angle d'incidence critique sur un prisme.
8. Applications des prismes et de la réflexion totale. Réfraction par une goutte sphérique.
  1. Faire subir à la direction de la lumière un quart de tour.
  2. Faire subir à la direction de la lumière un demi tour.
  3. Déplacer un rayon lumineux sans changer sa direction : principe du périscope.
  4. Réfraction de la lumière par une vitre.
  5. Déviation de la lumière par une goutte d'eau sphérique. Origine de l'arc-en-ciel.
9. Dispersion de la lumière par un prisme et par une goutte d'eau : l'arc-en-ciel.
  1. Dispersion de la lumière blanche par un prisme.
  2. Lumière monochromatique incidente sur une goutte sphérique. Relations angulaires.
  3. Lumière monochromatique incidente sur une goutte sphérique. Déviation maximum.
  4. Déterminer analytiquement la déviation maximum.
  5. Concentration des rayons au voisinage de $D_m$.
  6. Comment se forment les arcs de l'arc-en-ciel ?
  7. Ouvertures angulaires des arcs de couleur de l'arc-en-ciel.
  8. Double arc-en-ciel. Arc-en-ciel secondaire.
10. Miroirs sphériques concaves. Focalisation à l'approximation de Gauss. Images.
  1. Miroirs sphériques concaves et convexes.
  2. Réflexion d'un rayon lumineux parallèle à l'axe du miroir.
  3. Observer la focalisation des rayons parallèles à l'axe du miroir. Distance focale.
  4. Collimater un faisceau de lumière parallèle à l'axe du miroir.
  5. Construction de l'image d'un point dans un miroir.
  6. Image d'une bougie située au-delà du foyer F.
  7. Image virtuelle d'une bougie située entre le foyer et le miroir.
11. Miroirs sphériques concaves : relation de conjugaison de Newton et grandissement.
  1. Relations entre la position de l'objet et celle de l'image.
  2. Relation de conjugaison : formule de Newton.
  3. Définition et expression du grandissement $\gamma$.
  4. Comparaison des formules de conjugaison des miroirs et des lentilles.
  5. Un rayon qui se réfléchit symétriquement par rapport à l'axe du miroir.
  6. Etude et graphe de la relation de conjugaison de Newton.
  7. Utiliser le graphe de conjugaison pour déterminer la position de l'image et le grandissement.
  8. Position de l'image et grandissement dans un miroir sphérique concave.
12. Miroirs sphériques convexes. Images, relation de conjugaison, grandissement.
  1. Réflexion d'un rayon lumineux parallèle à l'axe d'un miroir convexe.
  2. Observer le rayon réfléchi en faisant varier le rayon parallèle incident : foyer du miroir convexe.
  3. Image d'une bougie dans un miroir convexe.
  4. Grandissement du miroir convexe. Relation de conjugaison de Newton.
  5. Etude et graphe de la relation de conjugaison de Newton.
  6. Position de l'image et grandissement dans un miroir sphérique convexe.
  7. Distance focale d'un miroir sphérique à partir des dimensions géométriques.
13. Miroir parabolique. Principe de Fermat. Optique et images du télescope Hubble.
  1. Limites du miroir sphérique. Le miroir parabolique.
  2. Caractéristiques et équation du miroir parabolique.
  3. Propriété géométrique de la parabole.
  4. Comparaisons des miroirs sphérique et parabolique de même distance focale.
  5. Focalisation du miroir parabolique. Principe de Fermat.
  6. Image d'un objet étendu à l'infini : relation entre l'angle apparent et le diamètre de l'image.
  7. Composants et propriétés optiques des télescopes. Montage Cassegrain.
  8. Description et principales caractéristiques du télescope spatial Hubble.
  9. Image et grandissement d'un objet donnés par le télescope Hubble.
  10. Images prises par le télescope Hubble.
14. Foyers d'une lentille. Formation des images. Formule de conjugaison. Grandissement.
  1. Indice d'un milieu transparent. Vitesse de phase.
  2. Réflexion et réfraction de la lumière : lois de Descartes - Snell. Angle critique.
  3. Réflexion sur un miroir plan : formation des images.
  4. Images formées par réfraction. Foyers objet et image. Dioptres sphériques et lentilles.
  5. Propriétés des lois de la réfraction, angle critique. Application aux fibres optiques.
  6. Dispersion de la lumière blanche par un bloc de verre hémicylindrique.
  7. Déviation d'une lumière monochromatique par un prisme. Mesure de l'indice n.
  8. Applications des prismes et de la réflexion totale. Réfraction par une goutte sphérique.
  9. Dispersion de la lumière par un prisme et par une goutte d'eau : l'arc-en-ciel.
  10. Miroirs sphériques concaves. Focalisation à l'approximation de Gauss. Images.
  11. Miroirs sphériques concaves : relation de conjugaison de Newton et grandissement.
  12. Miroirs sphériques convexes. Images, relation de conjugaison, grandissement.
  13. Miroir parabolique. Principe de Fermat. Optique et images du télescope Hubble.
  14. Foyers d'une lentille. Formation des images. Formule de conjugaison. Grandissement.
15. Association de deux lentilles. Microscopes, télescopes, l'oeil normal et l'oeil myope.
  1. Connaître les propriétés de base des lentilles.
  2. Comparaison des images données par une lentille convergente et une lentille divergente.
  3. Modéliser le cristallin de l'oeil par une lentille convergente : oeil normal et oeil myope.
  4. Relation de conjugaison de Newton pour deux lentilles minces associées. Grandissement.
  5. Fiche Savoir. Formules pour deux lentilles associées. Cas de deux lentilles minces accolées.
  6. Le microscope : objectif, oculaire, grossissement.
  7. Cercle oculaire. Puissance du microscope, pouvoir séparateur.
  8. Etude d'un microscope à fort grossissement.
  9. Les principaux éléments du microscope optique.
  10. Lunette astronomique et télescope par réfraction.
16. La lumière, des ondes électromagnétiques. Interférences : miroirs de Fresnel.
  1. Onde électromagnétique plane, monochromatique progressive. Phase et polarisation.
  2. Trous ou fentes d'Young. Interférences de deux ondes monochromatiques cohérentes.
  3. Expression du déphasage pour deux sources ponctuelles. Franges d'interférences.
  4. Interférences créées par les miroirs de Fresnel.

Mécanique 1A : Position, vitesse et accélération à 1 dimension. Résultante et moment résultant de forces. Centre de gravité et équilibre de solides
Collège-Lycée 14-17 ans

1. Position, vitesse et accélération pour un mouvement unidimensionnel.
  1. Définition de la vitesse moyenne : unité de distance, de temps et de vitesse.
  2. Calculer une vitesse moyenne, une distance parcourue et un temps de parcours.
  3. Signification géométrique de la vitesse dans le cas d'une vitesse constante.
  4. Analyseur de position. Propriété du graphe de la fonction $t\to {z(t)}$ pour une vitesse constante.
  5. Les unités courantes de vitesse. Conversion d'unités.
  6. Vitesse d'un train TGV et durée d'un trajet.
  7. Vitesse de rotation de la Terre autour du Soleil.
  8. Je prends l'ascenseur.
  9. Mouvement d'un ascenseur entre deux étages, accéléré puis décéléré.
  10. Tracer le graphe de la vitesse et déterminer la décélération et la durée du trajet.
  11. Variation de la durée du trajet en fonction des paramètres du trajet de l'ascenseur.
  12. Activité libre.
2. Phase de démarrage d'un mobile. Vitesse et accélération instantanées.
  1. Observer le démarrage d'un ascenseur, position et vitesse en fonction du temps.
  2. Comparer la vitesse instantanée à un instant t, calculée avec deux intervalles de temps différents.
  3. Détermination de la vitesse du mouvement en quelques points et graphe de la fonction t ® v(t).
  4. Détermination de la vitesse $t\to {V(t)}$ d'un mobile pour $t\to {Z(t)}$ = $a{t^2} $ et $t\to {Z(t)}$ = $c{t^3}$.
  5. Comparaison d'un démarrage parabolique à un démarrage quadratique. Vitesses instantanées.
  6. Définition de l'accélération d'un mobile se déplaçant suivant un axe. Définition comme dérivée.
  7. Performances de différentes voitures.
  8. Course à pied du 100 mètres.
  9. Chute libre d'un corps en négligeant la résistance de l'air.
  10. Vitesse et position d'une balle lancée verticalement.
3. Les forces sont des vecteurs liés : résultante et moment résultant. Le poids.
  1. Comparaison d'une force de traction musculaire au poids d'un corps. Le newton, unité de force.
  2. Une force s'applique en un point : c'est un vecteur lié. Résultante de plusieurs forces.
  3. Résultante de forces de même support.
  4. Au jeu de la corde, quelle est l'équipe gagnante '
  5. Variation du poids d'un corps avec l'altitude.
  6. Résultante de deux forces en fonction de l'angle entre elles. Direction et sens de la résultante.
  7. Moment d'une force par rapport à un point, définition géométrique et propriétés. Le levier.
  8. Conditions nécessaires d'équilibre d'un solide. Solide soumis à deux forces et solide suspendu.
  9. Poulie et treuil : descriptions et propriétés.
  10. Moment d'un couple.
4. Moment de forces parallèles, le centre de gravité G. Exemples de centres de gravité.
  1. Définition du produit vectoriel de deux vecteurs. Moment d’une force comme produit vectoriel.
  2. Moment du poids de deux masses ponctuelles. Leur centre de gravité G et ses propriétés.
  3. Déterminer le centre de gravité de deux masses et tracer leur poids.
  4. Définition du centre de gravité pour un ensemble de particules et pour un solide.
  5. Propriétés d’associativité du centre de gravité (barycentre). Symétries et applications.
  6. Centres de gravité de solides ayant un centre ou un axe de symétrie.
  7. Centres de gravité d’un triangle avec des masses réparties aux sommets.
  8. Centres de gravité d’un triangle avec des masses réparties sur les côtés ou en surface.
5. Positions du centre de gravité de masses ponctuelles et de solides.
  1. Déterminer le centre de gravité de 3 masses au sommet d'un triangle.
  2. Centre de gravité de 3 tiges formant un triangle.
  3. Centre de gravité d’un trapèze rectangle.
  4. Centre de gravité d’un trapèze isocèle.
  5. Centre de gravité d’une équerre.
  6. Centre de gravité d’un demi-cercle.
  7. Centre de gravité d’un demi-disque.
  8. Centre de gravité d’une demi-boule.
  9. Volume et centre de gravité d’un cône.
  10. Aire latérale et centre de gravité d’un cornet (cône creux).
6. Systèmes en équilibre, suspendus ou posés sur le sol. Forces de frottement.
  1. Triangle isocèle suspendu par un sommet. Cône suspendu par un point du cercle de sa base.
  2. Trapèze isocèle suspendu par un sommet.
  3. Demi-disque suspendu par l’une des extrémités de son diamètre.
  4. Canne « suspendue » à une étagère, en équilibre.
  5. Forces de contact. Polygone de sustentation.
  6. Equilibre de briques superposées.
  7. Equilibre d’une demi-boule surmontée d’un cône et d’une demi-sphère surmontée d’un cornet.
  8. Forces de frottement statique et dynamique sur un plan incliné.
  9. Détermination du coefficient de frottement statique entre deux matériaux.
  10. Equilibre d’une échelle s’appuyant sur un mur vertical.

Mécanique 3 : Cinématique et dynamique, gravitation, satellites, champs électrique et magnétique / Collège-Lycée 14-17 ans

1. Mouvement circulaire uniforme : position en radian, paramètres du mouvement.
  1. Définition du mouvement circulaire.
  2. Mesure d'un angle en degrés.
  3. Mesure d'un angle en radians.
  4. Mesure en radians de quelques angles.
  5. Conversion en radians des angles courants.
  6. Lancement d'une bille à la roulette. Déterminer l'angle de rotation et la distance parcourue.
  7. Equation du mouvement circulaire uniforme: vitesse angulaire, vitesse, période et fréquence.
  8. Maîtriser les paramètres du mouvement circulaire uniforme.
  9. Rotation de la terre autour du soleil.
2. Mouvement circulaire, exemple d'un pendule. Vecteur vitesse et vecteur accélération.
  1. Vitesse algébrique d'une particule dans un mouvement circulaire quelconque.
  2. Vitesse angulaire d'une particule dans un mouvement circulaire quelconque.
  3. Etude du mouvement d'oscillation d'un pendule
  4. Position $\vec{r}$ et définition du vecteur vitesse $\vec{v}$ d'une particule.
  5. Définition de l'accélération $\vec{\gamma}$ d'une particule.
  6. Calcul du vecteur vitesse et du vecteur accélération dans un mouvement circulaire
  7. Impulsion et Energie d'une particule. Energie cinétique dans un mouvement circulaire.
  8. Moment cinétique d'une particule décrivant un cercle
3. Mouvement d'un solide en rotation autour d'un axe. Moments d'inertie
  1. Repérer les points d'un solide en rotation autour d'un axe. Répartition des vitesses.
  2. Vitesses de rotation sur un disque 33 tours.
  3. Une grande roue de fête foraine.
  4. Vitesses dues à la rotation de la terre sur elle-même.
  5. Energie cinétique et moment cinétique d'un solide en rotation autour d'un axe.
  6. Moment d'inertie d'un manchon cylindrique, d'un cylindre, d'un disque par rapport à leur axe.
  7. Moment d'inertie d'une plaque rectangulaire par rapport à un côté et à un axe de symétrie.
  8. Moment d'inertie d'une boule par rapport à son diamètre.
  9. Moment et énergie cinétiques de la terre dans sa rotation autour d'elle-même
  10. Moment d'inertie d'une toupie formée par un cône surmonté d'une demi-boule.
4. Les lois de Newton. L'oscillateur harmonique: énergie cinétique et potentielle.
  1. Les lois de la Mécanique de Newton. Equation fondamentale de la dynamique.
  2. Travail d'une force.
  3. La projection d'un mouvement circulaire uniforme est un oscillateur harmonique.
  4. Equation du mouvement de l'oscillateur harmonique.
  5. Solution de l'équation du mouvement. Vitesse et accélération de l'oscillateur.
  6. Energie cinétique et énergie potentielle de l'oscillateur. Conservation de l'énergie.
  7. Représentation graphique des grandeurs mécaniques et énergétiques de l'oscillateur.
  8. Enregistrement du mouvement d'un oscillateur.
  9. Valeurs des grandeurs mécaniques et énergétiques à des instants particuliers.
  10. Activité libre. Observer les oscillations d'un ressort pour différents paramètres.
5. Lois de la gravitation de Newton. Problème à deux corps. Mouvement d'un projectile
  1. Lois de la gravitation de Newton. Principe de l’action et de la réaction: troisième loi.
  2. Centre de masse et coordonnée relative dans le problème à deux corps.
  3. Champ d’accélération $\vec{\gamma}$ créé par une planète et potentiel de gravitation ${\phi}$.
  4. Accélération $\vec{g}$ au niveau du sol. Lien avec la constante G de la gravitation.
  5. Détermination de l’accélération g à partir de mesures sur des chutes libres.
  6. Déterminer la constante universelle de la gravitation G à partir de la valeur de g.
  7. Intégration des équations du mouvement : vecteurs vitesse et position.
  8. Mouvement d’un projectile au niveau du sol : étude de la trajectoire.
  9. Balistique. Trajectoire d'un projectile dans le champ de pesanteur terrestre
  10. Un ball-trap spécial: tirer sur une assiette au moment où elle est lâchée d'une potence.
  11. Activité libre . Lancer un projectile avec une vitesse et un angle de tir choisis.
  12. Activité libre. Lancer le mouvement d'une cible et d'un projectile et observer leur rencontre.
6. Planète décrivant une orbite circulaire. Satellite géostationnaire. Lois de Kepler.
  1. Orbite circulaire dans le champ d'une planète.
  2. Vitesse d'un satellite et période en fonction de l'altitude. Graphes de ces fonctions.
  3. Rayon de l'orbite, vitesse et période d'un satellite géostationnaire.
  4. La terre,satellite du soleil. Rayon de l'orbite terrestre et vitesse sur cette orbite.
  5. Vérification de la troisième loi de Kepler.
  6. Rotation de la lune autour de la terre. Vérification de l'attraction gravitationnelle en 1/r².
  7. Déterminer la masse du soleil à partir de la distance terre soleil et la constante de gravitation.
  8. Principe de fonctionnement d'un GPS. (D'après Bac S 2013)
7. Tangente, normale, rayon de courbure. Vitesse et accélération dans le repère de Frénet.
  1. Vecteur tangent $\vec{t}$ à une courbe en un point.
  2. Vecteur normale $\vec{n}$ à une courbe en un point. Rayon de courbure.
  3. Tangente, normale et rayon de courbure d'une route sinusoïdale.
  4. Etude du rayon de courbure de la route sinusoïdale.
  5. Calcul du rayon de courbure de l'ellipse . Points particuliers.
  6. Expression du vecteur vitesse.
  7. Expression du vecteur accélération.
  8. Mouvements définis par une propriété de l'accélération.
  9. Forces et accélération d'une voiture dans un virage.
  10. Vitesses limites dans un virage.
8. Conservation de l'énergie. Application à la gravitation et au champ électrique.
  1. Travail élémentaire d'une force. Variation de l'énergie cinétique de la particule.
  2. Conservation de l'énergie dans un champ de forces conservatif.
  3. Énergie gravitationnelle d'une particule au voisinage du sol.
  4. Extension de la formule de l'énergie potentielle à un solide. Application au pendule composé.
  5. Accélération d'une particule chargée dans un condensateur. Cas non relativiste.
  6. Vitesse des électrons à la sortie du canon d'un tube cathodique. Application relativiste.
  7. Énergie gravitationnelle d'un satellite dans le champ d'une planète. Cas d'une orbite circulaire.
  8. Energie gravitationnelle d’un satellite de la terre en variables réduites.
  9. Energie nécessaire pour déplacer un satellite d'une orbite à une autre.
  10. Lâcher d'une caisse de vivres d'un avion. Déterminer le point d'impact.
  11. Vitesse de libération de la surface d'une planète.
  12. Fiche savoir. Énergie potentielle et potentiel.
9. Produit vectoriel. Moments d'un vecteur et d’un système de vecteurs. Moment d'un couple.
  1. Définition du produit vectoriel A $\wedge$ B (ou A X B).
  2. Produit vectoriel des vecteurs unitaires d'une base orthonormée.
  3. Composantes cartésiennes du produit vectoriel.
  4. Dérivation du produit vectoriel, par rapport au temps.
  5. Application du produit vectoriel au mouvement circulaire uniforme. Précession.
  6. Moment d'un vecteur lié ou glissant par rapport à un point.
  7. Résultante et moments résultants d'un système de vecteurs en deux points. Cas d'un couple.
  8. Ensemble de forces de résultante nulle. Moment d’un couple.
  9. Moment résultant d'un vecteur et d’un système de vecteurs par rapport à un axe orienté.
  10. Travail et puissance d’un couple.
  11. Couple et puissance d’un moteur.
10. Théorème du moment cinétique pour une particule. Trajectoires coniques d'un satellite.
  1. Définition du moment cinétique $\vec{l}$ d'une particule. Théorème du moment cinétique.
  2. Mouvements d'une particule où le moment cinétique $\vec{l}$ est constant dans le temps.
  3. Vitesse et moment cinétique d'une particule en coordonnées polaires. Loi des aires.
  4. Equations du mouvement et trajectoires coniques d'un satellite dans le champ d'une planète.
  5. Définition des coniques en coordonnées polaires. Nature de la conique selon l'excentricité.
  6. Propriétés de la parabole. Equations polaire et cartésienne.
  7. Propriétés de l'ellipse. Equations polaire et cartésienne.
  8. Propriétés de l'hyperbole. Equations polaire et cartésienne. Asymptotes
  9. Conique décrite par un satellite à partir des conditions initiales: $V_0$ inférieur à $V_{lib}$ (Ellipse).
  10. Conique décrite par un satellite à partir des conditions initiales: $V_0$ supérieur à $V_{lib}$ (Hyperbole).
  11. Troisième loi de Kepler revisitée. Vitesse angulaire et mouvement du satellite sur la trajectoire.
11. Moment cinétique pour un système de particules. Pendule et toupie.
  1. Théorème fondamental du moment cinétique pour un système de particules.
  2. Equations du mouvement et équilibre d'un solide mobile autour d'un point ou d'un axe.
  3. Déterminer expérimentalement le centre de gravité d'un triangle.
  4. Théorème du moment cinétique appliqué au pendule. Oscillations de faible amplitude.
  5. Équation du mouvement d'un pendule à partir de la conservation de son énergie.
  6. Observer le mouvement d'une toupie : rotation autour d'un axe et précession.
  7. Le mouvement de précession s'explique par le théorème du moment cinétique.
  8. Modèle de toupie : un cône surmonté d'une demi-boule.
12. L'atome d'hydrogène en mécanique classique et quantique.
  1. Énergie potentielle d'un électron dans le champ électrique crée par le noyau.
  2. Energie E de l'atome d'hydrogène en mécanique classique.
  3. Moment cinétique l de l'atome d'hydrogène en mécanique classique. Relation $E{(l)}$.
  4. Difficultés du modèle classique.
  5. Quantification de l'énergie dans le modèle de Bohr.
  6. Calcul de l'énergie et du rayon de l'orbite de l'état fondamental de l’atome d’hydrogène.
  7. Niveaux d'énergie de l'atome d'hydrogène et leur tracé.
  8. Retrouver la formule de Balmer à partir du modèle de Bohr.
  9. Calculer et tracer les 4 premières raies de la série de Balmer.
  10. Moment cinétique orbital et spin en Mécanique quantique: retour sur l'atome d'hydrogène
  11. Fonction d'onde de l'état fondamental de l'atome d'hydrogène et son interprétation.
  12. Intégration par dérivation sous le signe somme.
13. Mouvement d'une particule chargée dans un champ magnétique.
  1. Les phénomènes magnétiques conduisent à l'introduction du champ magnétique.
  2. Force de Lorentz sur une particule chargée. Travail et puissance.
  3. Sélecteur de vitesse.
  4. Equations du mouvement d'une particule chargée dans un champ électromagnétique.
  5. Mouvement d’une particule chargée avec une vitesse perpendiculaire au champ magnétique.
  6. Etude de la trajectoire d’une particule dans un champ magnétique uniforme.
  7. Application au spectrographe de masse.
  8. Trajectoire de la particule chargée dans le cas général.