Ondes et signauxÉmission et perception d’un sonPrésentation :La partie « Acoustique » vise à consolider les connaissances de collège : des schémas explicatifs de l'émission, de la propagation et de la réception sont maintenant proposés. L’étude de la perception d’un son est l’occasion d'initier les élèves à la lecture d’une échelle non linéaire et de les sensibiliser aux dangers liés à l’exposition sonore.
Les domaines d’application sont multiples : musique, médecine, sonar, audiométrie, design sonore, etc. Les outils d’investigation tels que capteurs (éventuellement ceux d'un smartphone), microcontrôleurs, logiciels d’analyse ou de simulation d’un signal sonore, sont également très variés et permettent d’illustrer le caractère opérationnel de la physique-chimie.
Notions étudiées au collège :Vitesse de propagation. Notion de fréquence : sons audibles, infrasons et ultrasons.
| Notions et contenus | Capacités exigibles Activités expérimentales support de la formation |
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| Savoirs :Émission et propagation d'un signal sonore.
Vitesse de propagation d’un signal sonore.
Signal sonore périodique, fréquence et période. Relation entre période et fréquence.
Perception du son : lien entre fréquence et hauteur ; lien entre forme du signal et timbre ; lien qualitatif entre amplitude, intensité sonore et niveau d’intensité sonore.
Échelle de niveaux d’intensité sonore. | Savoir-faireDécrire le principe de l’émission d’un signal sonore par la mise en vibration d’un objet et l’intérêt de la présence d’une
caisse de résonance.
Expliquer le rôle joué par le milieu matériel dans le phénomène de propagation d’un signal sonore.
Citer une valeur approchée de la vitesse de propagation d’un signal sonore dans l’air et la comparer à d’autres valeurs de vitesses couramment rencontrées.
Mesurer la vitesse d’un signal sonore.
Définir et déterminer la période et la fréquence d’un signal
sonore notamment à partir de sa représentation temporelle.
Utiliser une chaîne de mesure pour obtenir des informations
sur les vibrations d’un objet émettant un signal sonore.
Mesurer la période d’un signal sonore périodique.
Utiliser un dispositif comportant un microcontrôleur pour produire un signal sonore.
Capacités mathématiques : identifier une fonction périodique et déterminer sa période.
Citer les domaines de fréquences des sons audibles, des infrasons et des ultrasons.
Relier qualitativement la fréquence à la hauteur d’un son audible.
Relier qualitativement intensité sonore et niveau d’intensité sonore.
Exploiter une échelle de niveau d’intensité sonore et citer les dangers inhérents à l’exposition sonore.
Enregistrer et caractériser un son (hauteur, timbre, niveau d’intensité sonore, etc.) à l’aide d’un dispositif expérimental dédié, d’un smartphone, etc. |
Vision et imagePrésentation :La partie « Optique » vise à consolider le modèle du rayon lumineux, à introduire la notion de spectre et à montrer que les phénomènes de réflexion et de réfraction sont bien décrits par des relations mathématiques. Le programme propose également une première approche de la notion d’image d'un objet et de sa formation.
De nombreux domaines d’application sont concernés : vision humaine, photographie, astrophysique, imagerie scientifique, arts graphiques et du spectacle. Cette partie du programme est source de nombreuses expérimentations démonstratives et quantitatives.
Notions étudiées au collège :Lumière : sources, propagation, vitesse de propagation. Modèle du rayon lumineux.
| Notions et contenus | Capacités exigibles Activités expérimentales support de la formation |
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| Savoirs :Propagation rectiligne de la lumière.
Vitesse de propagation de la lumière dans le vide ou dans l’air.
Lumière blanche, lumière colorée.
Spectres d’émission : spectres continus d’origine thermique, spectres de raies.
Longueur d’onde dans le vide ou dans l’air.
Lois de Snell-Descartes pour la réflexion et la réfraction. Indice optique d’un milieu matériel.
Dispersion de la lumière blanche par un prisme ou un réseau.
Lentilles, modèle de la lentille mince convergente : foyers, distance focale.
Image réelle d’un objet réel à travers une lentille mince convergente.
Grandissement.
L’œil, modèle de l’œil réduit. | Savoir-faireCiter la valeur de la vitesse de la lumière dans le vide ou dans l’air et la comparer à d’autres valeurs de vitesses couramment rencontrées.
Caractériser le spectre du rayonnement émis par un corps chaud.
Caractériser un rayonnement monochromatique par sa longueur d’onde dans le vide ou dans l’air.
Exploiter un spectre de raies.
Exploiter les lois de Snell-Descartes pour la réflexion et la réfraction.
Tester les lois de Snell-Descartes à partir d’une série de mesures et déterminer l’indice de réfraction d’un milieu.
Décrire et expliquer qualitativement le phénomène de dispersion de la lumière par un prisme.
Produire et exploiter des spectres d’émission obtenus à l’aide d’un système dispersif et d’un analyseur de spectre.
Caractériser les foyers d’une lentille mince convergente à l’aide du modèle du rayon lumineux.
Utiliser le modèle du rayon lumineux pour déterminer graphiquement la position, la taille et le sens de l’image réelle d’un objet plan réel donnée par une lentille mince convergente.
Définir et déterminer géométriquement un grandissement.
Modéliser l’œil.
Produire et caractériser l’image réelle d’un objet plan réel formée par une lentille mince convergente.
Capacité mathématique : utiliser le théorème de Thalès. |
Signaux et capteursPrésentation :Les signaux électriques sont très présents dans la vie quotidienne. L’électricité est un domaine riche tant sur le plan conceptuel qu'expérimental, mais délicat à appréhender parles élèves car les grandeurs électriques ne sont pas directement "perceptibles". Aussi doit-on particulièrement veiller à préciser leur signification physique et à leur donner du sens, dans la continuité des enseignements du collège. Outre les principales lois, le programme met l’accent sur l’utilisation et le comportement de dipôles couramment utilisés comme capteurs.
Les champs d’application peuvent relever des transports, de l’environnement, de la météorologie, de la santé, de la bioélectricité, etc., où de nombreux capteurs associés à des circuits électriques sont mis en œuvre pour mesurer des grandeurs physiques et chimiques.
Le volet expérimental de cet enseignement fournira l'occasion de sensibiliser les élèves aux règles de sécurité et de les amener à utiliser des multimètres, des microcontrôleurs associés à des capteurs, des oscilloscopes, etc.
Notions étudiées au collège :Circuits électriques, dipôles en série, dipôles en dérivation, boucle, unicité de l'intensité dans un circuit série, loi d'additivité des tensions, loi d'additivité des intensités, loi d'Ohm, règles de sécurité, énergie et puissance électriques.
| Notions et contenus | Capacités exigibles Activités expérimentales support de la formation |
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| Savoirs :Loi des nœuds. Loi des mailles.
Caractéristique tension-courant d’un dipôle.
Résistance et systèmes à comportement de type ohmique.
Loi d’Ohm.
Capteurs électriques. | Savoir-faireExploiter la loi des mailles et la loi des nœuds dans un circuit électrique comportant au plus deux mailles.
Mesurer une tension et une intensité.
Exploiter la caractéristique d’un dipôle électrique : point
de fonctionnement, modélisation par une relation
U = f(I) ou I = g(U).
Utiliser la loi d’Ohm.
Représenter et exploiter la caractéristique d’un dipôle.
Capacités numériques : représenter un nuage de points associé à la caractéristique d’un dipôle et modéliser la caractéristique de ce dipôle à l’aide d’un langage de programmation.
Capacité mathématique : identifier une situation de proportionnalité.
Citer des exemples de capteurs présents dans les objets de la vie quotidienne.
Mesurer une grandeur physique à l’aide d’un capteur électrique résistif. Produire et utiliser une courbe d’étalonnage reliant la résistance d’un système avec une grandeur d’intérêt (température, pression, intensité lumineuse, etc.).
Utiliser un dispositif avec microcontrôleur et capteur. |