| Libellé du cours : | Physique |
|---|---|
| Département d'enseignement : | CMA / Chimie et Matière |
| Responsable d'enseignement : | Monsieur JULIEN DAQUIN |
| Langue d'enseignement : | |
| Ects potentiels : | 0 |
| Grille des résultats : | Grade de A à F |
| Code et libellé (hp) : | ENSCL_CPI_M1_1_2_1 - Physique |
Equipe pédagogique
Enseignants : Monsieur JULIEN DAQUIN / Madame FREDERIQUE POURPOINT
Intervenants extérieurs (entreprise, recherche, enseignement secondaire) : divers enseignants vacataires
Résumé
L’unité d’enseignement de Physique en première année de CPI est organisée en deux éléments constitutifs : une partie disciplinaire (dénommée « élément constitutif Physique ») composée de cours et de travaux dirigés et une partie expérimentale (dénommée « élément constitutif Physique Expérimentale ») comprenant notamment les travaux pratiques. Ces deux éléments constitutifs sont interdépendants. > ELEMENT CONSTITUTIF « PHYSIQUE » (10 ECTS) - Optique géométrique : Formation des images, conditions de Gauss, lentilles minces et instruments. - Electrocinétique : Lois générales de l'électrocinétique, étude de circuits électriques en régime continu, caractéristique d’un dipôle et point de fonctionnement, régimes transitoires des circuits RL, RC et RLC & aspect énergétique, régime sinusoïdal forcé des circuits RLC, phénomène de résonance. - Mécanique du point matériel : Cinématique et dynamique du point matériel en référentiel galiléen, influences des frottements, approche énergétique du mouvement d’un point matériel, positions d’équilibre, oscillateurs harmoniques non amortis et amortis, oscillateurs mécaniques forcés, phénomène de résonance. - Thermodynamique : Description microscopique et macroscopique d’un système à l’équilibre, corps pur diphasé en équilibre, le modèle du Gaz Parfait, Interprétation microscopique de la pression et de la température, Energie échangée par un système au cours d’une transformation, Premier principe de la thermodynamique, Deuxième principe de la thermodynamique, application au cas d’une transition de phase, Machines thermiques. - Electrostatique : Notion de champ électrique, Symétrie et invariance de la distribution des charges, Circulation du champ électrostatique, potentiel électrostatique, Énergie potentielle, lignes de champ, Théorème de Gauss. - Magnétostatique : Notion de champ magnétique, symétrie et invariance de la distribution des courants, flux du champ magnétique, lignes de champ, Théorème d'Ampère.
Objectifs pédagogiques
Les capacités visées sont : > Optique géométrique : - Relier la longueur d’onde dans le vide et la couleur - Définir le modèle de l’optique géométrique et indiquer ses limites - Appliquer les lois de Descartes (réflexion/réfraction) - Enoncer les conditions permettant un stigmatisme approché - Connaître les définitions et propriétés associées aux points remarquables d’une lentille mince - Construire l’image d’un objet au travers d’une lentille mince à l’aide de rayons lumineux. - Exploiter les formules de conjugaison de Descartes et de grandissement de Newton - Modéliser à l’aide de plusieurs lentilles un dispositif optique d’utilisation courante. > Electrocinétique : - Définir les grandeurs électriques de base. - Exprimer la condition d’application de l’ARQS. - Connaître et exploiter les lois de Kirchhoff - Algébriser les grandeurs électriques et utiliser les conventions récepteur et générateur. - Connaître et utiliser les relations entre intensité et tension caractérisant quelques dipôles usuels - Exprimer la puissance dissipée par effet Joule dans une résistance - Exprimer l’énergie stockée dans un condensateur ou une bobine - Modéliser une source non idéale de tension en utilisant la représentation de Thévenin - Remplacer une association série ou parallèle de résistances par une résistance équivalente - Etablir et exploiter les relations du pont diviseur de tension et de courant - Etablir l’équation différentielle (d’ordre 1 ou d’ordre 2) vérifiée par une grandeur électrique dans un circuit comportant une ou deux mailles, l’écrire sous forme canonique afin d’identifier la pulsation propre (et le facteur de qualité). - Déterminer analytiquement la réponse temporelle dans le cas d’un régime libre ou d’un échelon de tension. Déterminer un ordre de grandeur de la durée du régime transitoire. - Réaliser des bilans énergétiques - Mettre en évidence la similitude des comportements des oscillateurs mécanique et électronique. - Etablir et connaître l’impédance d’une résistance, d’un condensateur et d’une bobine en régime harmonique. - Remplacer une association série ou parallèle d’impédances par une impédance équivalente - Utiliser l’outil complexe pour étudier le régime sinusoïdal forcé. - Déterminer la pulsation propre et le facteur de qualité à partir de graphes expérimentaux d’amplitude et de phase. > Mécanique du point matériel : - Exprimer les vecteurs position, vitesse et accélération dans les bases cartésienne et cylindrique. - Identifier les liens entre les composantes du vecteur-accélération, la courbure de la trajectoire, la norme du vecteur-vitesse et sa variation temporelle. - Etablir un bilan de forces sur un système. - Savoir définir la classe des référentiels galiléens. - Déterminer les équations du mouvement d’un point matériel (à l’aide des lois de Newton ou par une approche énergétique) - Etablir et reconnaître l’équation différentielle qui caractérise un oscillateur harmonique. La résoudre compte tenu des conditions initiales. - Reconnaître le caractère moteur ou résistant d’une force. - Etablir et connaître les expressions de l’énergie potentielle de pesanteur et de l’énergie potentielle élastique. - Distinguer force conservative et force non conservative. Reconnaître les cas de conservation de l’énergie mécanique. - Déduire d’un graphe d’énergie potentielle le comportement qualitatif, l’existence de postions d’équilibre et leur nature stable ou instable. - Etablir la réponse d’un oscillateur à une excitation sinusoïdale. > Thermodynamique : - Identifier un système ouvert, un système fermé, un système isolé et définir la transformation subie. - Définir l’échelle mésoscopique et en expliquer la nécessité. - Comparer le comportement d’un gaz réel au modèle du gaz parfait sur des réseaux d’isothermes en coordonnées de Clapeyron ou d’Amagat. - Connaître et utiliser l’équation d’état des gaz parfaits. - Calculer une pression à partir d’une condition d’équilibre mécanique et déduire une température d’une condition d’équilibre thermique. - Utiliser un modèle unidirectionnel avec une distribution discrète de vitesse pour donner une interprétation microscopique de la pression et de la température d’un gaz parfait. - Savoir que Um=Um(T) pour un gaz parfait. Citer l’expression de l’énergie interne d’un gaz parfait monoatomique et diatomique. - Savoir que Um=Um(T) pour une phase condensée incompressible et indilatable. - Positionner les phases dans les diagrammes (P,T) et (P,v). - Déterminer la composition d’un mélange diphasé en un point d’un diagramme (P,v). - Exploiter les conditions imposées par le milieu extérieur pour déterminer l’état d’équilibre final. - Calculer le travail par découpage en travaux élémentaires et sommation sur un chemin donné dans le cas d’une seule variable. - Interpréter géométriquement le travail des forces de pression dans un diagramme de Clapeyron. - Définir un système fermé pour énoncer et exploiter le premier principe de la thermodynamique. - Définir l’enthalpie d’un système et comprendre son intérêt dans le cas d’une transformation monobare avec équilibre mécanique dans l’état initial et dans l’état final. - Exploiter l’extensivité de l’enthalpie et réaliser des bilans énergétiques en prenant en compte des transitions de phases. - Définir un système fermé pour énoncer et exploiter le deuxième principe de la thermodynamique. - Relier l’existence d’une entropie créée à une ou plusieurs causes physiques de l’irréversibilité. - Exploiter l’expression de la fonction d’état entropie pour un gaz parfait. - Connaître la loi de Laplace et ses conditions d’application. - Connaître et utiliser la relation entre les variations d’entropie et d'enthalpie associées à une transition de phase. - Donner le sens des échanges énergétiques pour un moteur ou un récepteur thermique ditherme. - Analyser un dispositif concret et le modéliser par une machine cyclique ditherme. - Définir un rendement ou une efficacité et la relier aux énergies échangées au cours d’un cycle. - Justifier et utiliser le théorème de Carnot. > Electrostatique : - Connaitre la loi de Coulomb, et la définition du champ électrique - Détermination des équations de lignes de champ électrique, allure des courbes équipotentielles - Notion d’énergie potentielle électrostatique - Déterminer les symétries et invariances d’une distribution de charges - Comprendre la notion de flux du champ électrique et appliquer le théorème de Gauss > Magnétostatique : - Définir le champ magnétostatique - Utiliser la loi de Biot et Savart - Déterminer les symétries et invariances d’une distribution de courants - Comprendre la circulation et appliquer le théorème d’Ampère
Objectifs de développement durable
Modalités de contrôle de connaissance
Contrôle Continu
Commentaires: Evaluation en contrôle continu.
6 devoirs surveillés de 2h ou 3h avec interrogations écrites intermédiaires.
Ressources en ligne
Pédagogie
Volumes horaires : 90 h de cours, 70 h de TD En plus, 1 h de soutien hebdomadaire est proposée aux élèves volontaires pour faire de la remédiation plus personnalisée. Langue : Français
Séquencement / modalités d'apprentissage
| Nombre d'heures en CM (Cours Magistraux) : | 90 |
|---|---|
| Nombre d'heures en TD (Travaux Dirigés) : | 70 |
| Nombre d'heures en TP (Travaux Pratiques) : | 0 |
| Nombre d'heures en Séminaire : | 0 |
| Nombre d'heures en Demi-séminaire : | 0 |
| Nombre d'heures élèves en TEA (Travail En Autonomie) : | 0 |
| Nombre d'heures élèves en TNE (Travail Non Encadré) : | 0 |
| Nombre d'heures en CB (Contrôle Bloqué) : | 0 |
| Nombre d'heures élèves en PER (Travail PERsonnel) : | 0 |
| Nombre d'heures en Heures Projets : | 0 |
Pré-requis
Bases disciplinaires acquises via l’enseignement de spécialité Physique-Chimie des classes de première et terminale générale.