NOTIONS SUR LE COURANT ALTERNATIF
4.6.1. Production et propriétés des courants alternatifs
Rappel des notions d’électricité
Définition
Production des courants alternatifs
Intensité et différence de potentiel efficace.
a. Savoirs
Récapituler dans un tableau les notions antérieures d’électricité : concept, symbole, relation, unité S.I et symbole ;
Définir le courant alternatif ;
Caractériser les tracés de différents graphiques des courants alternatifs ;
Citer les effets du courant alternatif et quelques usages ;
Citer quelques dispositifs producteurs des courants alternatifs ; Définir les concepts : intensité, d.d.p efficace, fréquence, période, pulsation ;
Préciser et définir les unités des différentes grandeurs : Intensité et tension efficace, fréquence, période, pulsation ;
Préciser et définir les unités des différentes grandeurs : Intensité et tension efficace, fréquence, période, pulsation ;
Différencier le courant alternatif du courant continu.
b. Savoir-faire
Représenter graphiquement les intensités des courants alternatifs ;
Ecrire les expressions mathématiques de quelques grandeurs électriques vues antérieurement ;
Etablir les formules de l’intensité et la d.d.p efficace ;
Décrire et interpréter l’expérience de la production des courants alternatifs ;
Résoudre des exercices numériques relatifs à cette partie.
4.6.2. Transformation et redressement
Transformateur
Redressement
a. savoirs
Définir les concepts : transformateur et redresseur ;
Citer quelques applications usuelles des transformateurs ;
Nommer quelques dispositifs électroniques de redressement du courant alternatif ;
Distinguer les différentes sortes de redressement ;
Comparer un transformateur à un redresseur ;
Reconnaître un transformateur dans un circuit par son symbole.
b. Savoir-faire
Décrire un transformateur ou un redresseur ;
Réaliser et interpréter les résultats dans un tableau l’expérience de transformation de la d.d.p. ;
Etablir les expressions mathématiques du rapport des transformations ;
- Illustrer un transformateur ou un redresseur à l’aide d’un schéma.
CHAPITRE V : OBJECTIFS SPECIFIQUES DE L’ENSEIGNEMENT DE LA PHYSIQUE EN SIXIEME SCIENTIFIQUE
5.1. NOTIONS PRELIMINAIRES
Rappel sur les erreurs
Calculs d’incertitudes
Approximation dans les calculs
Notions sur les vecteurs
a. Savoirs
Récapituler la notion des erreurs et d’incertitudes ;
Rappeler la notion des grandeurs fondamentales, les systèmes d’unités et les notions des dérivées ;
Rappeler les formules trigonométriques et les calculs vectoriels vus antérieurement ;
Enoncer les règles d’approximations dans les calculs.
b. Savoir-faire
Ecrire l’expression numérique d’un résultat ;
Calculer l’incertitude d’une mesure donnée ;
Effectuer les calculs trigonométriques et les opérations sur les vecteurs ;
Déterminer la précision d’une mesure effectuée.
PREMIERE PARTIE : MECANIQUE
5.2. NOTIONS DE CINEMATIQUE
Généralités
M.R.U. et M.R.U.V.
Mouvements curvilignes
La chute libre.
a. Savoirs
Rappeler la définition des concepts : mobile, repère, trajectoire, équation horaire, vitesse instantanée, vitesse moyenne, M.R.U.V., M.R.U. ;
Préciser et définir les unités S.I. des grandeurs suivantes : espace, vitesse, accélération ;
Illustrer par des exemples le M.R.U. et M.R.U.V. ;
Caractériser les tracés de différents graphiques dans les différents types de mouvements ;
Définir : un mouvement curviligne, la vitesse, angulaire, la période, la fréquence, les accélérations radiale et tangentielle ;
Citer quelques exemples des mouvements circulaires uniformes.
b. Savoir-faire
Illustrer par au moins un exemple l’importance du référentiel pour l’étude des mouvements ;
Distinguer le vecteur-position et le vecteur déplacement et justifier l’intérêt de ces deux concepts ;
Représenter les graphes espace-temps, vitesse-temps et vitesse-espace des M.R.U. et M.R.U.V, ;
Ecrire les équations horaires des mouvements ;
Déduire les expressions mathématiques de la vitesse et de l’accélération en appliquant la notion des dérivées ;
Réaliser et interpréter les résultats des expériences sur le M.R.U. et M.R.U.V. ;
Représenter graphiquement l’accélération angulaire et tangentielle d’un mobile en mouvement circulaire ;
Ecrire les relations mathématiques de l’accélération radiale et tangentielle ;
Résoudre des exercices relatifs à la cinématique.
5.3. DYNAMIQUE
Principe fondamental de la dynamique
Exemples des mouvements simples
Mouvement de rotation
Energie mécanique.
a. Savoirs
Rappeler la définition de la dynamique, le travail, la force et l’énergie ;
Enoncer les principes découlant du principe fondamental de la dynamique ;
Définir les concepts suivants : poids, masse, translation, rotation, moment d’inertie, plan incliné, force d’inertie ;
Enoncer le théorème du mouvement de centre de gravité ;
Connaître les expressions mathématiques de quelques moment d’inertie des corps homogènes ;
Enoncer le théorème d’Huyghers et celui de l’énergie cinétique ;
Enumérer les différents aspects de l’énergie potentielle.
b. Savoir-faire
Etablir l’expression mathématique : du principe fondamental de la dynamique, de l’accélération pour un plan incliné, du moment de force ;
Restituer algébriquement : le théorème d’Huyghens, du travail dans tous les cas, de l’Ec, Ep et Em ;
Démontrer comment déterminer les moments d’inertie de certains corps homogènes ;
Illustrer l’intérêt du théorème d’Huyghens par quelques exemples ;
Vérifier expérimentalement le principe de l’énergie mécanique ;
Résoudre des exercices relatifs à la dynamique.
5.4. APPLICATIONS DES PRINCIPES
Généralités
Mouvement des projectiles
Translation et rotation simultanées
Etude des tensions
Force centrifuge
Volant et marteau
Résistance de l’air
Pendule pesant
Mouvements pendulaires
Quantité de mouvement et moment cinétique.
a. Savoirs
Définir les concepts suivants : projectile, translation, rotation, force centrifuge (centripète), rayon de giration, volant, marteau, pendule pesant, treuil, maître-couple ;
Citer quelques exemples d’application de la force centrifuge ;
Donner l’unité du marteau et volant en mécanique ;
Enumérer quelques causes de la résistance de l’air et ses effets ;
Donner les caractéristiques du mouvement pendulaire ;
Connaître les formules de la période des différents pendules ;
Citer quelques applications de la quantité de mouvement dans la vie courante ;
Donner quelques exemples de mouvement des projectiles dans la vie courante ;
Distinguer les différentes sortes de pendules ;
Expliquer la notion de la force centrifuge et satellite de la terre ;
Définir : le choc entre deux corps et en distinguer les sortes.
b. Savoir-faire
Etudier théoriquement le mouvement des projectiles et déterminer les équations paramétriques de la trajectoire ;
Etablir la formule de l’énergie cinétique dans le cas de la translation et rotation combinée dans différents cas ;
Décrire la machine d’Atwood et déterminer son accélération lors de la translation ;
Analyser le problème de l’accélération d’un treuil par un fardeau ;
Réaliser l’expérience de la force centrifuge et écrire sa formule ;
Ecrire l’équation horaire du mouvement pendulaire ;
Déterminer la période d’un pendule ;
Etablir la formule de la quantité de mouvement et du moment cinétique ;
Déduire la relation entre quantité de mouvement et moment cinétique ;
Résoudre des exercices relatifs aux applications des principes.
DEUXIEME PARTIE : THERMODYNAMIQUE
5.5. NOTIONS PRELIMINAIRES
Rappel des notions d’énergie et travail d’une force
Température et chaleur
Mesure de la chaleur
Modèle microscopique
a. Savoirs
Rappeler les notions antérieures sur l’énergie et le travail d’une force (définitions des concepts, expression algébrique, unités SI et sortes) ;
Rappeler les définitions des concepts ci-après : température, chaleur, calorimétrie, chaleur massique, chaleur de changement d’état d’un corps ;
Définir la pression atmosphérique normale, le modèle, les phénomènes endothermique et exothermique ;
Résumer à l’aide d’un tableau le modèle de 3 états fondamentaux de la matière selon les rubriques : distance intermoléculaire, forces intermoléculaires et mouvement des molécules.
b. Savoir-faire
Résoudre les exercices proposés sur l’énergie et le travail ;
Convertir les unités de l’énergie, du travail et de la température ;
Etablir la différence entre chaleur et température ;
Décrire et interpréter les expériences de l’augmentation de température d’un corps chauffé et les illustrer à l’aide d’un graphe ;
Expliquer le mouvement brownien.
5.6. THEORIE CINETIQUE DES GAZ
Généralités sur la théorie cinétique des gaz
Vérification expérimentale du modèle
Loi des gaz parfaits
Energie cinétique moyenne et vitesse moyenne des modèles.
a. Savoirs
Définir les concepts : collision élastique, masse volumique, constante des gaz parfaits (R) ;
Enoncer la loi des gaz parfaits, le principe et théorème de Carnot ;
Formuler les hypothèses du modèle de l’état gazeux ;
Connaître la masse volumique de l’oxygène à 0°C ;
Définir et caractériser l’échelle Kelvin ;
Citer les constantes utilisées dans la théorie cinétique des gaz ; Enoncer la loi de Charles et celle de Boyle-Mariote.
b. Savoir-faire
Etablir la relation mathématique de la pression exercée par les gaz sur une paroi ;
Vérifier expérimentalement et interpréter la relation pression-volume à la température et masse constante ;
Tracer le graphe de la pression en fonction du volume ;
Restituer algébriquement les lois des gaz parfaits, l’énergie cinétique moyenne et la vitesse moyenne des molécules ;
Déterminer la constante de Boltzmann ;
Etablir l’équation générale des gaz parfaits ;
Résoudre des exercices relatifs à la théorie cinétique des gaz.
5.7. PRINCIPE DE LA CONSERVATION D’ENERGIE
Définition
Augmentation de l’énergie interne sans source de chaleur
Expérience de Joule
Principe de conservation de l’énergie (premier principe de la thermodynamique)
Vérification au laboratoire de la chaleur massique de l’eau.
a. Savoirs
Citer quelques exemples de la conservation d’énergie ;
Définir : la chaleur interne et thermique, un système, un principe ;
Dire comment on peut augmenter l’énergie interne sans source de chaleur ;
Enoncer le principe de Carnot et le premier principe de la thermodynamique.
b. Savoir-faire
Décrire et interpréter les expériences de Joule ;
Déterminer la valeur de la chaleur massique de l’eau ;
Vérifier expérimentalement au laboratoire la valeur de la chaleur massique de l’eau ;
Résoudre des exercices relatifs au principe de la conservation de l’énergie.
5.8. LES MACHINES THERMIQUES
Notions
Le fonctionnement simplifié d’une machine à vapeur
Bilan des échanges d’énergie
Le rendement d’une machine thermique
Description de quelques machines thermiques.
a. Savoirs
Définir les concepts suivants : machine thermique, cycle, rendement, puissance d’un moteur ;
Relater la chronologie du développement (évolution) de la machine thermique ;
Enumérer quelques machines thermiques ;
Donner les caractéristiques des moteurs à combustion interne et la puissance mécanique de quelques machines ;
Définir les concepts : explosion, détente, combustion, carburateur, compression, admission, échappement, soupapes, bougies ;
Citer les avantages et désavantages des moteurs à explosion, de moteur Diesel ;
Connaître quelques usages courants des moteurs à explosion, moteurs Diesel et des turbines ;
Citer les sortes des turbines ;
Donner l’importance des bougies et de la batterie dans les moteurs à explosion et moteurs diesels ;
Enoncer les principes des réacteurs et celui de la conservation de la quantité de mouvement ;
Citer les applications des principes de la conservation de la quantité de mouvement.
b. Savoir-faire
Expliquer brièvement le fonctionnement simplifié d’une machine à vapeur et celui des moteurs à combustion interne ;
Décrire les moteurs à combustion interne et schématiser au besoin les différents temps ;
Dresser le bilan des échanges d’énergie des machines thermiques ;
Etablir les relations mathématiques du rendement d’une machine thermique ;
Résoudre des exercices sur les machines thermiques ;
Décrire : le moteur à explosion, le moteur diesel et les différentes turbines ;
Expliquer brièvement le fonctionnement : d’un moteur à explosion, d’un moteur diesel et celui des turbines ;
Illustrer à l’aide d’un schéma le cycle des moteurs à explosion et diesel ;
Etablir la formule de rendement des moteurs à explosion et moteur diesel ;
Illustrer à l’aide d’un schéma à chaque temps du fonctionnement d’un moteur à explosion ;
Décrire un réacteur ;
Expliquer le fonctionnement du réacteur dans la fusée ;
Etablir les relations mathématiques de la conservation de la quantité de mouvement dans le cas de recul des armes à feu ;
Réaliser l’expérience de la conservation de la quantité de mouvement dans le problème de choc.
TROISIEME PARTIE : PHENOMENES PERIODIQUES
5.9. PHENOMENES PERIODIQUES EN MECANIQUE
Oscillateur harmonique
La résonance
Les ondes progressives
Propagation des ondes à deux dimensions
Superposition d’ondes
Acoustique
L’effet Doppler.
a. Savoirs
Définir les concepts suivants : oscillateur, phénomène périodique, élongation, période, fréquence, amplitude, mouvement harmonique, pulsation, déphasage, excitateur, résonateur, ondes, longueur d’onde, nœud, ventre, interférence, acoustique, diffraction, réfraction, battement, onde progressive, chemin optique ;
Connaître les caractéristiques d’une oscillation ;
Dire quand est-ce qu’il y a résonance ;
Enumérer les sortes d’ondes ;
Connaître les intensités des ondes sonores de quelques sources sonores familières ;
Enoncer le principe d’Huyghens ;
Donner les applications de la diffraction d’ondes ;
Citer les caractéristiques du son et les propriétés des ondes sonores ;
Citer quelques applications de la résonance et de l’effet Doppler ;
Citer quelques exemples pratiques des mouvements d’oscillation ;
Enumérer quelques sources sonores.
b. Savoir-faire
Effectuer les constructions de Fresnel et les interpréter algébriquement ;
Illustrer graphiquement un mouvement harmonique ;
Ecrire et interpréter l’équation horaire de l’élongation d’un mouvement vibratoire ;
Prouver et expliquer qu’un pendule ou un corps attaché à un ressort décrivent un mouvement harmonique ;
Etablir les relations mathématiques de l’Ep et Ec, d’un oscillateur ;
Déterminer la formule du chemin optique et celle du déplacement latéral des franges ;
Décrire et interpréter les expériences de la résonance acoustique ;
Effectuer l’étude mathématique de l’onde progressive et du régime stationnaire ;
Réaliser les expériences des ondes se déplaçant à la surface de l’eau et en déduire les conclusions ;
Expliquer théoriquement la réflexion, la réfraction et la diffraction des ondes ainsi que le principe de la superposition d’ondes ;
Décrire et interpréter l’expérience des interférences ;
Analyser et résoudre les exercices proposés sur cette partie ;
Déterminer algébriquement les équations horaires de l’élongation, amplitude et phase du mouvement d’un point quelconque.
5.10. OPTIQUE ONDULATOIRE
Les modèles de la lumière
L’expérience de Young
Diffraction de la lumière
Polarisation de la lumière
Vitesse de la lumière.
a. Savoirs
Définir la lumière selon les deux modèles (modèles ondulatoire et corpusculaire) ;
Rappeler la notion de la propagation rectiligne de la lumière (diffusion, réflexion, réfraction, diffraction, polarisation) ;
Connaître les comportements de la lumière face aux différents corps ;
Citer les applications de l’expérience de Young, celles de la diffraction et celles de la polarisation ;
Connaître le spectre de la lumière blanche
b. Savoir-faire
Déduire l’hypothèse des ondes longitudinales ;
Calculer les indices de réfraction de certains milieux ;
Décrire et interpréter l’expérience de Young ;
Déterminer expérimentalement la longueur d’onde d’une lumière monochromatique et déduire sa relation mathématique ;
Etablir la relation entre fréquence, vitesse et longueur d’onde ;
Effectuer l’étude mathématique de la diffraction par une fente ou par un réseau ;
Déterminer par calcul la différence de marche ;
Réaliser et interpréter l’expérience de la polarisation ;
Résoudre des exercices relatifs à l’optique ondulatoire.
QUATRIEME PARTIE : LES COURANTS ALTERNATIFS
5.11. RAPPEL DES NOTIONS PRELIMINAIRES DES COURANTS ALTERNATIFS
Production et propriétés des courants alternatifs
Transformation et redressement ;
a. Savoirs
Rappeler la définition des concepts : courant alternatif, transformateur, redresseur, intensité efficace, tension efficace, période et fréquence ;
Citer les applications usuelles des transformateurs ;
Citer quelques dispositifs producteurs des courants alternatifs ;
Expliquer le fonctionnement d’un transformateur.
b. Savoir-faire
Décrire les transformateurs et les redresseurs des courants alternatifs ;
Etablir les expressions mathématiques de l’intensité et de la tension efficace du rapport des transformations ;
Représenter symboliquement un transformateur ou une diode dans un circuit ;
Résoudre des exercices relatifs à cette partie.
5.12. LES CIRCUITS EN COURANTS ALTERNATIF
Circuit contenant un résistor
Circuit contenant une bobine
Circuit contenant un condensateur
Circuit RLC série.
a. Savoirs
Définir les concepts ci-après : inductance, impédance, conductance, réactance, capacitance ;
Donner l’effet d’une bobine, d’un condensateur et d’une résistance sur le courant alternatif ;
Citer les applications de chaque circuit ;
Dire quand est-ce que l’on parle de la résonance électrique.
b. Savoir-faire
Représenter graphiquement les différents circuits ;
Déduire la formule de la d.d.p. et de l’impédance dans les différents circuits ;
Déduire l’expression mathématique de l’inductance d’une bobine ;
Représenter graphiquement le montage de chaque circuit et effectuer la construction de Fresnel dans chaque cas ;
Etudier théoriquement chaque circuit ;
Dresser un tableau récapitulatif des formules appliquées dans la résolution des exercices numériques sur les circuits en courant alternatif ;
Déduire dans quelles conditions, l’impédance est minimale pour un circuit RLC ;
Déduire la formule de THOMSON et celle de la puissance moyenne.
5.13. LE CIRCUIT LC OSCILLANT
Circuit LC relié au générateur
Circuit LC non relié à un générateur.
a. Savoirs
Rappeler la définition d’un générateur ;
Donner le rôle des circuits LC dans l’émission et la réception.
b. Savoir-faire
Déduire la formule de la fréquence pour un circuit LC oscillant relié et non relié à un générateur ;
Appliquer ces formules dans la résolution des exercices.
5.14. LES ONDES ELECTROMAGNETIQUES
Résonance entre deux circuits électriques
Propagation du champ électromagnétique
La Radio.
a. Savoirs
Définir les concepts : ondes électromagnétiques, modulation, hertz, radio, semi-conducteur, transistors ;
Définir l’émission et la réception radio ;
Connaître quelques caractéristiques des ondes radio ;
Citer et définir les 2 modes de modulation ;
Donner les avantages et les désavantages de ces deux modes de modulation.
b. Savoir-faire
Réaliser et interpréter l’expérience de la résonance entre deux circuits électriques ;
Expliquer la propagation du champ électromagnétique ;
Interpréter le phénomène de la modulation ;
Expliquer schématiquement le phénomène de l’émission et de la réception radio.
CONCLUSION
Les manuels scolaires de physique écrits par des Congolais de la République Démocratique du Congo sont pour la plupart sinon tous, orientés vers la résolution des exercices ou des items. Les livres de physique qui traitent des autres aspects de la physique et tenant compte de nos réalités locales sont quasi-inexistants. Par exemple un livre sur les objectifs spécifiques de la physique au secondaire, il faut l’avouer, est « UN OISEAU RARE » !
Et pourtant nous l’avons si bien dit dans les pages précédentes que l’organisation de toute action éducative ne pouvait se concevoir sans la définition préalable des objectifs. La parution de notre livre sur les objectifs spécifiques de l’enseignement de la physique au secondaire, constitue sans nul doute, une documentation utile aussi bien pour les enseignants de physique que pour les élèves appelés à suivre le cours de physique au secondaire.
Nous espérons que les possibilités de large diffusion nous seront données pour que ce travail serve à juste valeur à nos élèves et professeurs de physique sur toute l’étendue de la nation et ailleurs.
D’avance nous disons merci à quiconque acceptera de nous fournir des remarques et suggestions constructives pour l’enrichissement éventuel de cette œuvre dans les éditions ultérieures.
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7b. Idem, (1969), Optique Géométrique, cours de physique 2
7c Ibid. (1969), Chaleur, cours de physique 3
7d Ibid. (1984), Electricité, cours de physique 4
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II. DICTIONNAIRES ET ENCYCLOPEDIES
Dictionnaire Universel, 3ème édition.
Dictionnaire Hachette, Edition 2003.
Dico pratique, Larousse (1989).
Le petit Robert, de Paul Robert (2002).
Encyclopédie Alpha, Editions Erasme, Bruxelles 1969.
Encyclopédie des sciences et des techniques, Larousse.
Encyclopédie Universalis.
III. MEMOIRES, T.F.E. ET ARTICLES
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