CHAPITRE IV : OBJECTIFS SPECIFIQUES DE L’ENSEIGNEMENT DE LA PHYSIQUE EN CINQUIEME SCIENTIFIQUE
PREMIERE PARTIE : ELECTRICITE
INTRODUCTION : RAPPEL DE QUELQUES NOTIONS DE LA MECANIQUE
Rappel de la notion de force
Notion d’énergie mécanique : Ep , Ec et Eméc .
Principe de la conservation de l’énergie mécanique (Eméc )
Transformation du travail en chaleur
Principe d’équivalence.
a. Savoirs
Rappeler la définition des concepts suivants : force, travail, puissance, Ep , Ec , Eméc , masse, accélération ;
Rappeler l’énoncé du principe de la conservation de l’énergie mécanique et de l’équivalence ;
Rappeler les unités SI de chacune des grandeurs citées ci-haut.
b. Savoir-faire
Etablir les relations mathématiques des grandeurs mécaniques ;
Déterminer les équations aux dimensions des grandeurs mécaniques et en déduire les unités S.I ;
Distinguer les différentes sortes de travail ;
Résoudre quelques exercices numériques relatifs aux concepts définis ci-haut.
4.2. ELECTROSTATIQUE
4.2.1. Force électrique
Modes d’électrisation
Interaction entre corps électrisés : la loi de Coulomb
Application de la loi de Coulomb
Champ électrique.
a. Savoirs
Définir les concepts suivants : électrostatique, charge électrique, conducteur, isolant, Coulomb, champ électrique ;
Citer les modes d’électrisation ;
Enoncer la loi de Coulomb et le principe de la conservation de l’électricité ;
Enoncer la loi fondamentale de l’électrostatique ;
Définir une ligne de champ électrique et l’unité du champ électrique ;
Nommer l’appareil détecteur des charges ;
Enoncer les conséquences de la loi de Coulomb.
b. Savoir-faire
Citer quelques corps isolants et conducteurs d’électricité ;
Généraliser la notion du champ électrique pour un ensemble des charges ponctuelles et celle du travail électrique dans un champ électrique quelconque ;
Relier le phénomène d’électrisation par contact à celui de la neutralisation des charges ;
Interpréter à partir des expériences la notion des charges électriques et des forces électriques ;
Expliquer sur une base des expériences le phénomène d’électrisation par frottement, par contact et par influence suivant une interprétation électrique de l’atome ;
Distinguer l’existence de deux espèces d’électricité ;
Vérifier expérimentalement la notion de champ électrique ;
Trouver quelques applications de la loi de Coulomb ;
Décrire un électroscope et un pendule électrique ;
Résoudre des exercices numériques relatifs à la force électrique.
4.2.2. La différence de potentiel
Différence de potentiel aux bornes d’un générateur
Différence de potentiel aux bornes d’un récepteur
Synthèse.
a. Savoirs
Définir les concepts : générateur, récepteur, différence de potentiel (d.d.p.) ;
Définir la d.d.p. aux bornes d’un générateur et aux bornes d’un récepteur ;
Rappeler les notions d’énergie et de puissance ;
Connaître l’appareil de mesure de la d.d.p. ;
Enoncer la loi de la d.d.p. des récepteurs.
b. Savoir-faire
Etablir l’expression mathématique de la d.d.p. entre deux points ;
Etablir la relation entre champ électrique et d.d.p. ;
Expliquer le fonctionnement d’un oscilloscope ;
Décrire un oscilloscope ;
Résoudre des exercices relatifs à la d.d.p.
4.2.3. Les condensateurs
Description
Charge d’un condensateur
Décharge d’un condensateur
Condensateur électrochimique
Application.
a. Savoirs
Définir les concepts : condensateur, capacité d’un condensateur, armatures ;
Exprimer l’unité SI de la capacité d’un condensateur et en donner ses sous-multiples ;
Représenter symboliquement un condensateur dans un circuit électrique ;
Enumérer quelques condensateurs usuels ;
Citer les applications des condensateurs électrochimiques ;
Donner les paramètres influençant la capacité d’un condensateur ;
Connaître le rôle d’un condensateur.
b. Savoir-faire
Décrire le condensateur ;
Etablir la relation mathématique de la charge d’un condensateur ;
Déterminer la capacité équivalente des condensateurs groupés en parallèle ou en série (cascade) ;
Déterminer la formule d’un condensateur chargé ;
Reconnaître un condensateur dans un circuit électrique ;
Réaliser l’expérience de la charge (décharge) d’un condensateur et en interpréter les résultats ;
Résoudre des exercices relatifs aux condensateurs ;
Expliquer l’utilisation des condensateurs à l’aide des quelques exemples concrets.
4.3. ELECTRODYNAMIQUE
4.3.1. Le courant électrique
Notion du courant
Les générateurs électriques
Définition et mesure de l’intensité du courant électrique
Les effets du courant électrique
Lois des intensités
Le sens du courant électrique
Modèle du courant électrique.
a. Savoirs
Définir les concepts suivants : courant électrique, générateur, récepteur, intensité du courant, circuit électrique, Shunt d’un ampèremètre ;
Citer les effets du courant électrique ;
Nommer l’appareil de mesure de l’intensité du courant ;
Enoncer les lois des intensités ;
Définir l’unité SI de l’intensité du courant électrique ;
b. Savoir-faire
Décrire un générateur et classifier les différentes sortes des générateurs ;
Etablir l’expression mathématique de l’intensité du courant partant de la charge électrique et le temps ;
Etablir l’équation aux dimensions de l’intensité du courant électrique ;
Déduire l’unité SI de l’intensité du courant électrique à partir de son équation aux dimensions ;
Illustrer schématiquement un circuit électrique et donner la description ;
Mesurer l’intensité du courant électrique dans un circuit donné ;
Brancher un ampèremètre dans un circuit électrique ;
Manipuler un ampèremètre ;
Monter un circuit électrique ;
Illustrer les effets du courant électrique à l’aide des exemples concrets ;
Etablir la relation mathématique du shunt d’un ampèremètre ;
Etablir la formule de la vitesse des électrons à travers un conducteur de section S traversé par un courant I ;
Résoudre des exercices relatifs au courant électrique.
4.3.2. Etude des effets calorifiques du passage du courant dans un conducteur ohmique
Notion de résistance
Loi d’Ohm
Loi de Pouillet
Loi de Joule
Association des résistances
a. Savoirs
Définir les concepts : résistance électrique, resistor, résistivité, semi-conducteur, supraconducteurs, rhéostat ;
Enoncer les lois suivantes : loi d’Ohm (1ère et 2ème forme), loi de Pouillet, loi de Joule ;
Citer quelques résistances usuelles ;
Nommer l’appareil de mesure de la résistance ;
Citer quelques exemples de l’effet Joule dans la vie courante ;
Enumérer les applications de la loi Joule ;
Connaître la résistivité de certains conducteurs et leurs coefficients de température ;
Reconnaître une résistance dans un circuit électrique ou électronique ;
Connaître le chiffre représentant chaque couleur sur une résistance.
b. Savoir-faire
Interpréter les lois ci-après : loi d’Ohm, loi de Pouillet, loi de Joule ;
Etablir les équations aux dimensions de grandeurs physiques suivantes : résistance, résistivité, énergie électrique ;
Représenter graphiquement les circuits des résistances groupées en parallèle, en série ou un groupement mixte ;
Etablir les deux formes pratiques de la formule de la loi de Joule ;
Déterminer la résistance équivalente des résistances dans toutes formes de groupement ;
Décrire un voltamètre et manipuler un multimètre ;
Illustrer à l’aide d’un schéma le branchement de l’ohmmètre et du voltamètre dans un circuit ;
Représenter schématiquement une résistance ;
Réaliser les expériences sur la loi d’Ohm, la loi Joule et interpréter les résultats ;
Etablir la relation mathématique de la résistivité sous l’influence de la température ;
Réaliser une petite installation électrique domestique ;
Résoudre des exercices relatifs aux effets calorifiques du passage du courant dans un conducteur ohmique.
4.3.3. Etude des effets chimiques du passage du courant dans les électrolytes
Loi de Faraday
Accumulateurs et piles électriques
a. Savoirs
Rappeler la définition des concepts : électrolyse, électrodes, électrolytes, anion, cation, ion, masse ;
Définir : un accumulateur, une pile électrique, force électromotrice (f.e.m.), force contre électromotrice (f.c.e.m.) ; voltamètre ;
Citer les caractéristiques d’une pile ;
Enoncer les lois de Faraday ;
Enumérer les différentes sortes d’accumulateurs, des piles et en donner les usages.
b. Savoir-faire
Décrire le voltamètre ;
Etablir l’expression mathématique des lois de Faraday ;
Expliquer brièvement le mécanisme de l’électrolyse ;
Interpréter le fonctionnement d’une pile hydroélectrique ;
Trouver des applications pratiques de l’électrolyse ;
Appliquer la formule de Faraday dans la résolution des exercices numériques relatifs à la loi de Faraday ;
Etablir la différence entre une électrolyse simple et une électrolyse complexe.
4.3.4. Loi d’Ohm généralisée
a. Savoirs
Rappeler la loi d’Ohm pour une résistance morte ;
Définir un générateur, un récepteur ;
Citer les caractéristiques d’un générateur et celles d’un récepteur ;
Définir le rendement d’un générateur.
b. Savoir-faire
Etablir les formules de la f.e.m et f.c.e.m. ;
Etablir les expressions mathématiques de la loi d’Ohm généralisée pour une portion d’un circuit comprenant un générateur, un récepteur ou un circuit fermé ;
Etablir le bilan des puissances ;
Restituer la 2e formule de la loi d’Ohm dans le cas du groupement des générateurs identiques, des générateurs en série ou dans le groupement mixte ;
Résoudre les exercices relatifs à la loi d’Ohm généralisée.
4.3.5. Effets thermoélectriques
Etude expérimentale de la diode à vide
Faisceau d’électrons rapides
L’oscilloscope
Tube cathodique
Déviation d’un faisceau d’électrons par un champ magnétique uniforme
Le spectromètre de masse
Le cyclotron.
a. Savoirs
Redéfinir le concept : courant électrique et champ électrique ;
Définir : un faisceau d’électrons rapides, un oscilloscope, un tube cathodique, un spectromètre de masse, un cyclotron ;
Connaître le principe de fonctionnement de l’oscilloscope ;
Citer les avantages de semi-conducteurs en électronique ;
Donner le rôle principal d’une diode.
b. Savoir-faire
Décrire : la diode à vide, le faisceau d’électrons rapides, un oscilloscope, un cyclotron ;
Représenter schématiquement une diode ou un oscilloscope ;
Etablir la formule mathématique : du calcul de la vitesse des électrons, du calcul du champ entre deux plaques chargées et celui du déplacement vertical du spot ;
Différencier le tube cathodique d’un téléviseur à celui d’un oscilloscope ;
Réaliser et interpréter l’expérience d’une diode à vide ;
Interpréter électroniquement la déviation d’un faisceau d’électrons par un champ électrique uniforme ;
Expliquer le phénomène de balayage de l’écran d’un téléviseur en couleur ;
Visualiser un signal sur l’écran d’un oscilloscope ;
Déterminer la masse de l’électron ;
Etablir l’expression mathématique du rayon de la trajectoire circulaire des électrons ;
Résoudre des exercices relatifs à l’effet thermoélectrique.
DEUXIEME PARTIE : LE MAGNETISME
LE MAGNETISME
Les aimants
Loi de Coulomb
Champs magnétiques
Vecteur induction magnétique
Magnétisme terrestre
a. Savoir
Définir les concepts : aimant, champ magnétique, magnétisme, magnétisme terrestre, pôles d’un aimant, vecteur champ magnétique, moment magnétique, vecteur induction magnétique ;
Citer les différentes sortes d’aimants ;
Donner les caractéristiques d’un aimant ;
Enumérer quelques usages usuels d’un aimant ;
Définir l’unité du champ magnétique, de l’induction magnétique et du moment magnétique.
b. Savoir-faire
Décrire un aimant ;
Distinguer les aimants naturels des aimants artificiels ;
Expliquer brièvement l’action réciproque des pôles d’un aimant ;
Etablir l’équation aux dimensions du champ magnétique et en déduire l’unité ainsi que celle du moment magnétique et de l’induction magnétique :
Identifier les pôles d’un aimant ;
Expliquer l’origine du magnétisme terrestre ;
Etablir l’expression mathématique du moment magnétique ;
Réaliser l’expérience de l’aimantation avec la limaille de fer.
TROISIEME PARTIE : ELETROMAGNETISME
ELECTROMAGNETISME
Champs magnétiques produits par les courants
Action d’une induction magnétique sur un courant
Aimantation, Electro-aimant
Induction électromagnétique Auto-induction
Principe des générateurs et moteurs à courant continu
Appareils de mesure magnéto-électrique.
a. Savoirs
Rappeler la définition du champ magnétique ;
Définir les concepts : Lignes de champs, électro-aimant, solénoïde, moment électromagnétique, ampère, flux d’induction, bobine plate ;
Rappeler les effets du courant électrique ;
Enoncer la loi élémentaire de Laplace et la règle du flux maximale ;
Enoncer la règle de l’observateur d’Ampère ;
Citer quelques applications de l’électromagnétisme ;
Caractériser un milieu aimanté ;
Définir le courant induit, le Weber et le Henry ;
Enoncer la loi de Lenz ;
Donner le principe du galvanomètre à cadre mobile ;
Citer quelques appareils de mesures magnéto-électriques.
b. Savoir-faire
Etablir les expressions mathématiques de l’induction magnétique créée par un courant dans différents cas et celle créée par un solénoïde ;
Réaliser l’expérience d’Oersted ;
Interpréter électroniquement le champ produit par un courant ;
Illustrer à l’aide d’un schéma le spectre de la limaille obtenu dans un plan passant par l’axe du cylindre ;
Etablir l’expression mathématique du flux d’induction, de la force électromagnétique et celle de la force électromagnétique appliquée à un élément conducteur ;
Réaliser le montage d’une sonnerie électrique ;
Interpréter l’interaction entre deux conducteurs rectilignes parallèles parcourus par des courants électriques ;
Décrire la balance de Cotton ;
Déduire la cause du courant induit et l’origine de la force électromotrice d’induction ;
Etablir les relations mathématiques : de la f.e.m. d’induction, de la quantité d’électricité induite dans un circuit et celle du coefficient de la self-induction ;
Calculer l’inductance propre d’un solénoïde sans noyau de fer ;
Décrire un galvanomètre ;
Etablir la relation entre flux et self-induction ;
Manipuler les appareils de mesure magnéto-électriques ;
Résoudre des exercices relatifs au champ électrique, induction électrique et flux électrique.
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