PHYSIQUE PCSI
Armel MARTIN
Collège Stanislas

INTRODUCTION

I. Mesure et unités

II. Les unités du Système International (SI)
  1. Les 7 constantes fondamentales
  2. Les 7 unités de fondamentales
  3. Unités dérivées
  4. Puissances de 10 et préfixes du Système International (SI)
III. Dimensions
  1. Dimensions fondamentales
  2. Dimension d’une grandeur quelconque
  3. Analyse dimensionnelle
ANNEXE : Usage des lettres grecques en physique


Partie I : SIGNAUX


CHAP I - INTRODUCTION À L'OPTIQUE GÉOMÉTRIQUE
I. Caractéristiques des ondes lumineuses
  1. Ondes électromagnétiques sinusoïdales/monochromatiques (OEMS/OEMM)
  2. Propagation dans le vide
  3. Propagation dans un milieu matériel transparent
II. Sources lumineuses - spectres (Traité en TP cours...)
  1. Sources thermiques
  2. Lampes spectrales (à décharges) - lampes fluorescentes
  3. Lampes à LED
  4. Laser
III. Approximation de l'optique géométrique
  1. Expérience: le faisceau/pinceau lumineux
  2. Approximation de l'OG
IV. Lois de Descartes
  1. Dioptres et miroirs
  2. Lois de Descartes
  3. Réflexion totale et réfraction limite
  4. Applications

CHAP II - APPROCHE GÉOMÉTRIQUE DES SYSTÈMES OPTIQUES
I. Formation des images
  1. Objet et image, réel et virtuel
  2. Miroir et dioptre plans
  3. Stigmatisme
  4. Systèmes centrés et conditions de Gauss
II. Lentilles (sphériques) minces
  1. Description générale
  2. Constructions géométriques
  3. Reconnaissance rapide d'une lentille mince
  4. Relations de grandissement et de conjugaison
  5. Doublets de lentilles minces
III. Instruments d'optique à base de lentilles
  1. L'oeil
  2. Projecteur
  3. Loupe
  4. Microscope
  5. Lunette
IV. Influence des réglages d'un appareil photographique (Approche documentaire)

CHAP III - CIRCUITS ÉLECTRIQUES DANS L'ARQS
I. Courant électrique
  1. Charge électrique
  2. Notion de courant électrique
  3. Intensité du courant
II. Tension et potentiel
  1. Notion de potentiel, différence de potentiel
  2. Additivité des tensions
  3. Masse et Terre
III. ARQS et lois de Kirchhoff
  1. ARQS
  2. Circuits et réseaux - terminologie
  3. Loi des noeuds
  4. Loi des mailles
IV. Puissance et convention pour les dipôles
  1. Puissance reçue et cédée
  2. Fonctionnement récepteur ou générateur
V. Caractérisation et classification des dipôles
  1. Caractéristique
  2. Classification
VI. Conducteurs ohmiques (résistors)
  1. Loi d'Ohm
  2. Résistivité
  3. Puissance reçue
  4. Modélisation des appareils de mesure (Re): ampère-mètre, voltmètre, oscilloscope
VII. Modélisation linéaire d'un dipôle
  1. Sources (Générateurs) idéales (autonôle
  2. Sources réelles
VIII. Association de dipôle
  1. Associations série/parallèle de résistors
  2. Ponts diviseurs
  3. LNTP et Th. Millman
  4. Association de sources idéales et réelles
  5. Association d'un dipôle actif et d'un dipôle passif: point de fonctionnement

CHAP IV - CIRCUITS LINÉAIRES DU PREMIER ORDRE EN RÉGIME VARIABLE
I. Dipôle
  1. Condensateur
  2. Bobine
II. Circuit RC (capacitif)
  1. Charge d'un condensateur - réponse indicielle (régime FORC\IeC {\'E
  2. Décharge d'un condensateur - régime LIBRE
III. Etablissement dans un circuit RL série (inductif)
CHAP V - OSCILLATEURS AMORTIS
I. Réponse indicielle d'un circuit RLC série
  1. Analyse qualitative
  2. \IeC {\'E
  3. Régimes transitoires et amortissement
  4. Interprétation du rôle
  5. Portraits de phase
  6. Bilan énergétique
II. Régime LIBRE d'un circuit RLC série (décharge)

III. Oscillateur amorti mécanique
  1. Equation différentielle du mouvement pour un frottement fluide linéaire
  2. Analogies électromécaniques

CHAP VI - OSCILLATEURS AMORTIS EN RÉGIME SINUSOÏDAL FORCÉ
I. Signaux sinusoïdaux
  1. Moyenne et moyenne quadratique
  2. Signaux synchrones et déphasage
  3. Représentation de Fresnel
  4. Représentation complexe
II. Etude d'un réseau linéaire en RSF
  1. Lois de Kirchhoff complexes
  2. Impédances et admittances complexes
  3. Associations
  4. Représ. de Thévenin et de Norton des dipôle
III. Comportement en fréquence d'un circuit RLC série
  1. Etude de la tension aux bornes du condensateur
  2. Résonance en courant
IV. Oscillateurs mécaniques en RSF
  1. Etude dynamique
  2. Amplitudes complexes et impédances mécaniques
  3. Résonance en élongation
  4. Résonance en vitesse
  5. Etude énergétique

CHAP VII - ANALYSE SPECTRALE ET FILTRAGE LINÉAIRE
I. Spectres - Analyse spectrale
  1. Information et spectre
  2. Gammes spectrales des différents signaux physiques
II. Filtrage analogique
  1. Notion de filtre linéaire
  2. Caractérisation d'un filtre linéaire
  3. Action d'un filtre linéaire sur un signal périodique
  4. Mise en cascade de filtres/quadripôle
  5. Réalisation d'un filtre - Gabarit
III. Etude des filtres du premier ordre
  1. Classification
  2. Passe-bas ($\alpha =0$, $\beta = H_0$)
  3. Passe-haut ($\beta =0$, $\alpha = H_0$)
  4. Combinaison ($\alpha \beta \not =0$)
  5. Approche temporelle (VS spectrale)
IV. Etude des filtres du second ordre
  1. Classification
  2. Passe-bas ($(\beta =0,\alpha =0)$)
  3. Passe-bande
  4. Passe-haut ($(\gamma =0,\alpha =0)$)
V. Analyse spectrale : rappels et compléments (polycopié)
CHAP VIII - PROPAGATION DES SIGNAUX
I. Ondes progressives
  1. Rappels mathématiques
  2. Définitions
  3. Observations expérimentales
  4. Modélisation de la propagation
  5. Surfaces d'ondes
II. Ondes Progressives Sinusoïdales / Monochromatiques (OPS/OPM)
  1. Définition
  2. Double périodicité
  3. Déphasage entre les vibrations
  4. Application : interprétation ondulatoire de la loi de la réfraction
III. Caractère vectoriel des ondes
  1. Fonction d'onde scalaire ou vectorielle
  2. Caractéristiques d'une onde vectorielle
  3. Polariseur et loi de Malus

CHAP IX - SUPERPOSITION D'ONDES~: BATTEMENTS, INTERFÉRENCES ET DIFFRACTION
I. Superposition de deux ondes
  1. Principe de superposition
  2. Superposition de deux signaux sinusoïdaux asynchrones
II. Battements
  1. Expérience
  2. Coïncidence et anticoïncidence
  3. Durée des battements
III. Interférences
  1. Superposition de deux signaux sinusoïdaux synchrones
  2. Interférences de deux ondes sinusoïdales synchrones
  3. Interférences de deux ondes capillaires circulaires
IV. Ondes stationnaires et modes propres
  1. Notion d'onde stationnaire
  2. Mode propres - régime libre
  3. Expérience de la corde de Melde - \textit {Non traité
V. Diffraction
  1. Interprétation de Huygens
  2. Diffraction à l'infini



Partie II : MECANIQUE


CHAP I - RUDIMENTS DE GÉOMÉTRIE POUR LA PHYSIQUE
I. Géométrie dans l'espace 2D/3D euclidien
  1. Bases et repères de l'espace
  2. Quantifier/Mesurer l'espace : le produit scalaire
  3. Orienter l'espace : le produit vectoriel
II. Droites et plans

III. Barycentres
  1. Définitions et propriétés
  2. Applications
  3. Elargissement continu
IV. Coniques

V. Surfaces de révolution
  1. Définition
  2. Volume inscrit dans une surface de révolution

CHAP II - CINÉMATIQUE DU POINT
I. Temps, espace, référentiels (POLY)
  1. Temps
  2. Référentiels
  3. Mouvement et trajectoires
  4. Fonction vectorielle du temps - dérivation temporelle
II. Vitesse et accélération
  1. Vitesse
  2. Accélération
III. Systèmes de coordonnées et bases locales de projection
  1. Coordonnées et base de projection cartésiennes
  2. Coordonnées et base de projection cylindro-polaire
  3. Coordonnées et base de projection sphérique
IV. Etude d'un mouvement - d'une trajectoire
  1. Méthode générale d'étude d'une trajectoire
  2. Mouvement reciligne uniforme
  3. Mouvement uniformément accéléré
  4. Mouvement circulaire

CHAP III - DYNAMIQUE DU POINT
I. Lois de Newton
  1. Principe d'inertie
  2. Principe Fondamental de la Dynamique (PFD)
  3. Principe des actions réciproques
II. Forces d'interaction à distance élémentaires
  1. Interaction gravitationnelle
  2. Interaction électromagnétique
  3. Interaction forte
  4. Interaction faible
  5. Synthèse et unification
III. Théorème de la résultante cinétique - du centre d'inertie (TRC/TCI)

IV. Forces de contact entre systèmes matériels
  1. Réaction d'un support et frottement solide
  2. Force de frottement fluide
  3. Forces de tension : fils et poulies
  4. Force de tension élastique : loi de Hooke
V. Méthode de résolution d'un problème de mécanique
CHAP IV - ENERGIES
I. Puissance, travail et énergie cinétique
  1. Théorème de la puissance cinétique (TPC)
  2. Théorème de l'énergie cinétique
II. Energie potentielle - Energie mécanique
  1. Notion de force conservative
  2. Forces conservatives à connaître
  3. Théorème de la puissance/l'énergie mécanique (TPM/TEM)
III. Equilibre et stabilité
  1. Définition - Approche dynamique
  2. Approche énergétique (système à un degré de liberté (d.l.)
IV. Etude énergétique du mouvement d'un syst. à 1 d.l.
  1. Recherche des positions d'équilibre et leur stabilité
  2. Prévisions qualitatives sur le mouvement
  3. Période des oscillations autour d'une position d'équilibre stable

CHAP V - MOMENT CINÉTIQUE DU POINT MATÉRIEL
I. Théorème du moment cinétique (TMC)
  1. Moment cinétique
  2. TMC et moment de force
  3. Cas des mouvements plan
  4. Application : mouvements pendulaires plans
II. Mouvements à force centrale
  1. Forces centrales
  2. Propriétés des mouvements à force centrale
III. Mouvements à force centrale conservative
  1. Forces centrales conservatives
  2. Etude du mouvement à l'aide des intégrales premières du mouvement

CHAP VI - PROBLÈME NEWTONIEN À UN CORPS
I. Géométrie : retour sur les coniques
  1. Définition monofocale des coniques
  2. Définition bifocale de l'ellipse et de l'hyperbole
  3. Coniques sous forme polaire
II. Etats et trajectoires du problème newtonien
  1. Rappel: approche énergétique $\Rightarrow $ états liés ou de diffusion
  2. Résolution du PFD par la méthode de Binet
  3. Trajectoires du problème newtonien
  4. Energie mécanique et excentricité
  5. Cas des états liés: énergie mécanique et grand-axe de l'ellipse
III. Applications
  1. Etats liés - Lois de Kepler
  2. Vitesses cosmiques

CHAP VII - DYNAMIQUE DES SYSTÈMES DE POINTS
I. Dynamique des systèmes de points
  1. TRC / TCI / TRD (rappel)
  2. TMC
  3. Point d'application d'une résultante
II. Energétique des systèmes de points
  1. TEC - TPC
  2. Puissance des forces intérieures
  3. Energie potentielle d'interaction
  4. Energie potentielle de pesanteur
III. Dynamique du solide
  1. Champ des vitesses dans un solide - torseur cinématique
  2. Condition d'équilibre d'un solide
  3. Puissance des actions extérieures sur un solide
  4. Moment d'inertie d'un solide en rotation autour d'un axe fixe
  5. Liaison pivot - cf exercice 2 (M8)
  6. Pendule de torsion
  7. Pendule pesant
IV. Mouvement d'ensemble et mouvement propre
  1. Référentiel barycentrique
  2. Théorèmes de Koenig

CHAP VIII - MOUVEMENT DE PARTICULES CHARGÉES DANS DES CHAMPS STATIQUES ET UNIFORMES
I. Force de Lorentz - Approche énergétique

II. Mouvement dans un champ Électrique
  1. Mouvement : uniformément accéléré
  2. Applications
III. Mouvement dans un champ Magnétique
  1. Etude des propriétés générales du mouvement
  2. Résolution analytique du PFD en coordonnées cartésiennes
  3. Applications

CHAP IX - MÉCANIQUE QUANTIQUE
I. Dualité Onde-Corpuscule de la lumière
  1. Le rayonnement thermique (du corps noir) - Cte de Planck
  2. L'effet photoélectrique
  3. Propriétés du photon
  4. Diffusion Compton (1922)
  5. Interférence de photons uniques (Cachan, LPQM)
II. Dualité onde-corpuscule de la matière
  1. Longueur d'onde de De Broglie (1923)
  2. Diffraction d'électrons par un cristal (Thomson \& Reid , sur Pt, Davisson \& Germer sur Ni, 1927)
  3. Interférences de corpuscules - trous d'Young (ou biprisme)
III. Fonction d'onde
  1. Retour sur les fentes d'Young - Analyse
  2. Fonction d'onde
  3. Remise en cause des idées classiques
  4. Equation de Shr\"odinger (Hors Pgm)
IV. Principe d'indétermination de Heisenberg (spatial)
  1. Retour sur l'expérience de diffraction par une fente
  2. Forme générale
  3. Energie minimale de l'oscillateur harmonique quantique
V. Confinement et quantification
  1. Particule libre dans un puits de potentiel infini 1D
  2. Conséquences (générales) du confinement



Partie III : THERMODYNAMIQUE


CHAP I - INTRODUCTION
I. Etude d'un gaz à basse pression
  1. Dispositif expérimental
  2. Résultats expérimentaux - Diagramme d'Amagat
  3. Mesure de température (poly)
  4. Equation d'état des gaz parfaits
II. Théorie cinétique du gaz parfait
  1. Définition microscopique et statistique
  2. Définition cinétique de la pression
  3. Définition cinétique de la température
  4. Libre parcours moyen
III. Gaz ou fluides réels et phases condensées
  1. fluide réel et gaz de Van der Waals
  2. Dilatation et compressibilité - coefficients thermoélastiques
  3. Phases condensées incompressibles et indilatables
IV. Définitions générales sur les systèmes thermodynamiques (poly)
CHAP II - STATIQUE DES FLUIDES DANS LE CHAMP DE PESANTEUR
I. Champ de pression dans un fluide au repos
  1. Forces appliquées à 1 fluide au repos
  2. Loi de la statique des fluides (approche 1D)
  3. Vecteur gradient
II. Champ de pression dans un fluide incompressible et homogène
  1. Fluide incompressible et homogène
  2. Applications
III. Atmosphère isotherme et facteur de Boltzmann
  1. Structure de l'atmosphère terrestre
  2. Modèle de l'atmosphère isotherme
  3. Approche probabiliste - Facteur de Bolztmann
IV. Poussée d'Archimède
  1. Théorème d'Archimède
  2. Applications

CHAP III - PREMIER PRINCIPE: L'ÉNERGIE
I. Energie interne et capacité thermique
  1. Energie interne
  2. Capacité thermique à volume constant
II. Premier principe
  1. Construction du premier principe
  2. Enoncés du principe
  3. Transferts thermiques
  4. Travaux macroscopiques (des forces extérieures non conservatives)
III. Travail des forces extérieures de pression
  1. Cas du cylindre à piston
  2. Calcul général
  3. Cas des transformations (mécaniquement) quasi-statiques
  4. Diagramme de Clapeyron
IV. Calorimétrie et enthalpie
  1. Calorimétrie à volume constant
  2. Calorimétrie isobare ou monobare
V. Transformations quasi-statiques des gaz parfaits
  1. Transformations quasi-statiques
  2. Compression ou détente (mécaniquement) QS et isotherme d'un GP
  3. Transformation (mécaniquement) QS et adiabatique d'un GP
  4. Généralisation: transformations polytropiques (mécanmt) QS d'un GP
VI. Détentes de gaz - \textit {NON TRAIT\IeC {\'E
  1. Détente de Joule et Gay-Lussac
  2. Détente de Joule-Thomson

CHAP IV - SECOND PRINCIPE
I. Equilibre, réversibilité et irréversibilité
  1. Réversibilité et irréversibilité
  2. Causes d'irréversibilité
II. Second principe
  1. Enoncé (moderne)
  2. Conséquences directes
  3. Calcul de l'entropie créée
III. Calcul de variation d'entropie
  1. Gaz Parfait
  2. Phase condensée
IV. Interprétation statistique de l'entropie \textit {(approche documentaire)
CHAP V - MACHINES THERMIQUES
I. Machines thermiques
  1. Principe
  2. Inégalité de Clausius
  3. Machine thermique monotherme - Principe de Carnot
II. Machines thermiques dithermes
  1. Diagramme de Raveau
  2. Moteur ditherme
  3. Machine frigorifique et pompe à chaleur
III. Le moteur à explosion
  1. Les 4 temps du moteur à essence
  2. Le cycle de Beau de Rochas (1862) ou d'Otto (1876)
  3. Rendement théorique de Beau de Rochas
IV. Bilan local en circuit ouvert
CHAP VI - CHANGEMENT D'ÉTAT D'UN CORPS PUR
I. Corps pur sous plusieurs phases
  1. Phases et états
  2. Diagramme de phases d'un corps pur (p,T)
II. Bilan énergétique et entropique d'un changement d'état de corps pur
  1. Analyse thermique
  2. Enthalpie (Chaleur latente) de changement d'état
  3. Variation d'entropie au changement d'état isobare
III. Etude de l'équilibre liquide-vapeur
  1. Isothermes d'Andrews (p,v)
  2. Titre massique et molaire - règle des moments
  3. Diagramme (p,h)
  4. Vaporisation, évaporation, ébullition
IV. Retard à la transition de phase
  1. Définition
  2. Exemples



Partie IV : INDUCTION


CHAP I - CHAMP MAGNÉTIQUE
I. Approche expérimentale
  1. Aimants, boussoles et champ magnétique
  2. Champs magnétiques créés par des courants
II. Propriétés du champ magnétique
  1. Relation entre courant et champ magnétique
  2. Flux conservatif et topographie des lignes de champ
  3. Principe de superposition
III. Dipole magnétique - moment (dipolaire) magnétique
  1. Notion de dipole magnétique
  2. Moment (dipolaire) magnétique
  3. Actions d'un champ magnétique sur un dip\^ole magnétique

CHAP II - INDUCTION DANS UN CIRCUIT FIXE
I. Variation du flux magnétique - Loi de Faraday
  1. Expérience: induction dans une bobine fixe
  2. Loi de modération / de Lenz
  3. Modélisation électrique - Loi de Faraday
II. Induction propre (ou auto-induction)
  1. Inductance (propre) d'un circuit
  2. Auto-induction
  3. Aspect énergétique
III. Induction mutuelle
  1. Expérience : Couplage magnétique
  2. Coefficient d'inductance mutuelle
  3. Modèle électrique - équations couplées
  4. Aspect énergétique
IV. Le transformateur
  1. Couplage parfait de 2 circuits
  2. Rapport de transformation
  3. Transformateur parfait
  4. Applications

CHAP III - CONVERSION ÉLECTROMÉCANIQUE DE PUISSANCE
I. Conducteur mobile dans un champ constant
  1. Induction de Lorentz
  2. Expérience du rail de Laplace
  3. Force de Laplace
II. Conversion électro-mécanique
  1. Retour sur le rail de Laplace
  2. Cas général
  3. Applications
III. Haut-parleur électrodynamique
  1. Principe
  2. Schéma équivalent électrique
  3. Equation mécanique
  4. Régime harmonique
  5. Impédance du HP - Impédance motionnelle

CHAP IV - CONVERTISSEURS ÉLECTROMÉCANIQUES ROTATIFS
I. Actions subies dans un champ magnétique
  1. Forces de Laplace sur un circuit parcouru par un courant
  2. Actions subie par un dip\^ole magnétique
  3. Energie potentielle d'un dip\^ole magnétique dans un champ $\mathaccentV {vec
II. Machines à courant alternatif
  1. Alternateur (machine synchrone génératrice)
  2. Moteur synchrone
  3. Moteur / Génératrice asynchrone
III. Machine à courant continu (MCC)
  1. Principe - équation mécanique
  2. Equation mécanique
  3. Equations électriques
  4. Point de fonctionnement en régime statique - Applications


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