Programme - Lycée Lesage

ANNEXE 12 PROGRAMME DE PHYSIQUE DE LA VOIE PTSI
Le programme valorise l'approche expérimentale des phénomènes pour
stimuler chez l'étudiant une attitude active et créatrice, favorisant
l'appropriation des connaissances ainsi que le développement d'une
certaine dextérité manuelle. Les travaux pratiques (TP) et les TP-COURS
sont les temps forts de cette valorisation. Des TP-COURS sont mis en place en optique et en électricité. Leur but est
l'acquisition de savoir-faire expérimentaux de base dans le cadre d'un
travail interactif : au tableau et au poste de démonstration du
professeur, au tableau et au poste de TP pour l'étudiant. Leur durée est limitée à 2 heures prises sur la plage horaire des séances
de TP. Ceci permet de dispenser en PTSI une formation expérimentale
limitée dans ses contenus, mais approfondie. Chaque fois que cela est possible, l'ordinateur interfacé doit être
utilisé pour l'acquisition et le traitement des données expérimentales.
Il devient ainsi un instrument courant des laboratoires, au service de
l'expérience. Le contenu des TP reste, dans un cadre plus souple, de la responsabilité
et de la liberté pédagogique du professeur. Si le programme propose des
thèmes de TP choisis notamment pour illustrer le cours de physique, ceux-
ci peuvent être remplacés par tout autre thème à l'initiative du
professeur et ne faisant appel qu'aux connaissances au programme de la
classe. A la différence des séances de TP-COURS nécessairement très
cadrées, les séances de TP sont orientées vers l'acquisition d'une
autonomie progressive dans la démarche expérimentale. On habitue
notamment les étudiants à rédiger un compte-rendu présentant les
manipulations, les éventuels réglages préliminaires, les résultats des
mesures et les commentaires que ceux-ci suscitent. Les pratiques d'évaluation doivent être cohérentes avec l'esprit même du
programme. La spécificité de la filière PT doit donc se retrouver dans le
contrôle des connaissances. Ces évaluations doivent respecter les
objectifs suivants : tester l'aptitude de l'étudiant à comprendre le
phénomène physique, savoir mettre en équation la situation modélisée,
obtenir par les méthodes du programme des résultats concrets et les
analyser. Elles doivent privilégier le contenu physique et limiter la
technicité des calculs. En particulier, le formalisme mathématique des
calculs d'incertitude par différenciation linéaire ou logarithmique est
hors programme. Les thèmes de TP n'étant que des propositions, ils ne correspondent pas à
des connaissances ou des savoir-faire exigibles. Ceux-ci se limitent aux contenus du cours décrits dans la rubrique
« Approche théorique » et aux parties de la rubrique « Démarche
expérimentale» abordées en cours et en TP-COURS. Le programme est découpé en deux parties. La première, qui devra être
traitée en début d'année (dix à douze semaines), a pour objectif majeur
de faciliter la transition avec l'enseignement secondaire. Trois idées
ont guidé sa rédaction :
i) En raison du nombre important d'outils et de méthodes nécessaires
à la construction d'un enseignement de physique post-baccalauréat,
il convient d'introduire ces outils et ces méthodes de manière
progressive.
ii) Par ailleurs, il est préférable qu'en début d'année ces outils
nouveaux soient introduits sur des situations conceptuelles aussi
proches que possible de celles qui ont été rencontrées au lycée ;
de même l'introduction à ce stade de concepts physiques nouveaux
doit éviter au mieux l'emploi d'outils mathématiques non encore
maîtrisés.
iii) Enfin, dès lors que ces outils sont souvent communs à plusieurs
disciplines scientifiques, la recherche d'une cohérence maximale
entre les enseignements de mathématiques, sciences industrielles,
physique et chimie est indispensable pour faciliter le travail
d'assimilation des étudiants. Ceci interdit tout cloisonnement des
enseignements scientifiques et suppose au contraire une
concertation importante au sein de l'équipe pédagogique.
Ces différentes contraintes ont conduit à placer dans la première partie
des éléments d'optique géométrique, de mécanique du point et
d'électrocinétique. Il est important que les enseignants des classes
préparatoires connaissent précisément les rubriques des programmes de
l'enseignement secondaire qu'ils sont amenés à approfondir.
Pour que les objectifs de la première partie soient atteints, il est
essentiel d'éviter tout débordement, même par simple anticipation sur le
programme de deuxième partie. Par ailleurs à ce stade, on ne saurait
exiger des étudiants qu'ils puissent traiter des exercices et problèmes
directement issus des épreuves de concours sans que ceux-ci aient fait
l'objet d'adaptations. Dans la deuxième partie du programme, l'ordre d'exposition relève de la
liberté pédagogique du professeur. Les outils mathématiques sont
introduits au fur et à mesure que leur nécessité apparaît. Une bonne
concertation au sein de l'équipe pédagogique peut permettre de bénéficier
de synergies : le produit vectoriel , les nombres complexes, des notions
sur les équations différentielles linéaires, font par exemple partie de
l'enseignement de mathématiques de début d'année ; par ailleurs la
cinématique du solide enseignée en sciences industrielles fournit l'outil
nécessaire pour aborder les changements de référentiel en physique. PREMIÈRE PARTIE APPROCHE THÉORIQUE
A) Mécanique du point L'objectif est d'introduire progressivement quelques-uns des concepts de
base de la mécanique tridimensionnelle ainsi que les premiers outils
nécessaires à l'étude de la mécanique du point, et cela en accord avec
les idées mises en ?uvre dans l'enseignement de sciences industrielles.
Le programme ci-dessous est fondé sur l'introduction d'un objet
conceptuel, "le point matériel". Cette notion permet de modéliser des
"particules" quasi-ponctuelles au mouvement desquelles on s'intéresse ;
elle est d'autre part utilisable pour le centre d'inertie d'un système.
Enfin, elle permettra ultérieurement l'analyse et l'étude du mouvement
d'un système quelconque (solide, fluide), à l'aide d'une décomposition
"par la pensée" en éléments matériels considérés comme quasi-ponctuels. Outils mathématiques
Pour cette première partie, les outils mathématiques nécessaires sont
volontairement limités :
- Pour la cinématique : à la géométrie dans R2 et dans R3 (vecteurs,
produit scalaire) ainsi qu'aux notions de dérivée temporelle d'un vecteur
dans un référentiel donné et de dérivée d'une fonction composée.
- Pour la dynamique : à la distinction entre équation différentielle
linéaire ou non-linéaire (superposition de solutions ou non) ; à la
résolution d'équations différentielles linéaires d'ordre un ou deux à
coefficients constants, sans second membre ou avec second membre; aux
idées sur les méthodes numériques de résolution d'équations
différentielles (méthode d'Euler).
- Pour les aspects énergétiques : à l'intégrale première de l'énergie
mécanique (équation différentielle du premier ordre) et au développement
limité d'une fonction d'une variable à l'ordre 2 au voisinage d'une
valeur de la variable. La notion de gradient n'est pas introduite à ce
stade.
|Programme |Commentaires |
|1.Description du mouvement | |
|d'un point et paramétrage | |
|d'un point. | |
|Espace et temps. |À ce stade, le point n'a aucune |
|Référentiel d'observation. |matérialité. |
|Description du mouvement : |Il est important de faire la distinction |
|vecteurs position, vitesse et|entre la description du mouvement et |
|accélération. |l'étude de ses causes. |
|Deux exemples de bases de |Un point essentiel est de souligner que le |
|projection orthogonales : |paramétrage et la base de projection |
|vitesse et accélération en |doivent être adaptés au problème posé. |
|coordonnées cartésiennes |Ainsi, pour le mouvement de vecteur |
|(base fixe) et en coordonnées|accélération constant, la base cartésienne |
|cylindro-polaires (base |de projection doit être judicieusement |
|mobile). |orientée. De même, pour le mouvement |
| |circulaire, le paramétrage cartésien est |
| |moins adapté que le paramétrage polaire. |
|Exemples du mouvement de |On se limite à des mouvements plans. |
|vecteur accélération |L'utilisation de la base de Frenet (même |
|constant, du mouvement |plane) est exclue. On se borne à rappeler |
|rectiligne sinusoïdal, du |que dans le cas d'un mouvement circulaire |
|mouvement circulaire. |uniforme il existe un vecteur accélération |
| |lié au changement de direction du vecteur |
| |vitesse. |
|2.Dynamique du point en | |
|référentiel galiléen. | |
|Notion de force. |On souligne que la dynamique relie le |
|Référentiels galiléens. |mouvement observé à ses causes, qu'elle |
|Lois de Newton : loi de |fait intervenir une caractéristique |
|l'inertie, loi fondamentale |matérielle de l'objet (sa mas