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Cycles préparatoires ENSCR

Programmes de sciences physiques

version du 16/04/2013

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La rénovation du programme de sciences physiques de cycles préparatoires s'inscrit dans la logique de la rénovation des programmes du lycée. Coincé entre les exigences du cycle ingénieur et la nouvelle approche présentée dans le secondaire, il a pour but d'amener les étudiants à progressivement s'approprier la logique scientifique requise dans le supérieur, avec une spécificité très forte: la formation d'ingénieur ou chercheur chimiste. Le programme s'appuie sur celui de la voie PCSI/PC, sans en avoir l'ambition dans la quantité, mais plutôt dans l'esprit. C'est pourquoi la démarche scientifique se situe au cur du programme: expérimentation, modélisation, rigueur, vérification. Toutes les facettes de la physique sont abordées et présentées dans les pages suivantes.

Le tableau suivant résume la répartition en séances et horaire dans les deux années du cycle préparatoire, une séance de cours ou de TD durant 1h20 et un TP, 2h30 en CP1 et 2h en CP2. Un ratio d'un cours magistral (CM) pour un TD est appliqué, conformément aux recommandations des instances supérieures. Les deux années de cycle préparatoire sont équilibrées, sauf en travaux pratiques. Le découpage de l'enseignement des sciences physiques en huit modules a été effectué avec un souci de cohérence dans la progression des étudiants sur deux années.

CM TD TP h/élève
Physique 1 10 x1h20 10  x1h20 0 26h40'
Physique 2 17  x1h20 17  x1h20 0 45h20'
Physique 3 10  x1h20 10  x1h20 0 26h40'
Physique 4 17  x1h20 17  x1h20 0 45h20'
TP-cours 0 x1h20 0 5h20'
TP 1 0 0 14  x2h30 35h
Total CP1 54  x1h20 58  x1h20 14  x2h30 184h20'
Physique 5 12  x1h20 12  x1h20 0 32h
Physique 6 16  x1h20 16  x1h20 0 42h40'
Physique 7 16  x1h20 16  x1h20 0 42h40'
Physique 8 12  x1h20 12  x1h20 0 32h
TP-simu 0 0 x2h 4h
TP 2 0 0 13  x2h 26h
Total CP2 56  x1h20 56  x1h20 15  x2h 179h20'

Pour information, le nombre d'heures de physique par élève dans des formations comparables, sur deux années: ENSCR, 363h40', IUT Chimie, 312h, licence, 423h, PCSI, 520h.


Physique-1: Modélisation - Optique géométrique

Le module Physique-1 se décompose en deux parties.

Objectif: Le sous-module Physique-1.1 a pour but de faire le lien avec la terminale en abordant les compétences de base de la physique version enseignement supérieur. Il s'agit d'une introduction en douceur à la modélisation telle que, par exemple, celle de l'oscillation d'un ressort ou la chute libre d'un objet. La mesure d'une grandeur pertinente par les étudiants permet de présenter la notion d'incertitude, qui est utilisée en travaux pratiques, et de vérifier une loi, étape importante de la critique d'un modèle.

Notions Compétences
Modélisation Obtenir une équation différentielle.
Se familiariser avec la notation algébrique.
Utiliser une équation vectorielle en deux dimensions.
Mesures et incertitudes Connaître les notions d'erreur aléatoire et systématique, d'incertitude absolue et relative.
Estimer une incertitude et présenter un résultat expérimental.
Faire un calcul d'incertitude à partir d'une formule donnée.
Vérification d'une loi Vérifier la dimension d'une grandeur par homogénéité.
Utiliser une unité ou un de ses multiples.
Valider une loi par une régression linéaire à l'aide de l'outil informatique.
Interpréter des barres d'incertitudes sur un graphique.

Objectif: Le sous-module Physique-1.2 se donne deux buts:

Notions Compétences
Lois de Descartes Connaître les lois de réflexion et de réfraction ainsi que les limites de la théorie géométrique de la lumière.
Connaître la définition de l'indice de réfraction.
Représenter un trajet lumineux à travers un système optique.
Savoir calculer une déviation angulaire. Maîtriser la conversion degré/minute/seconde vers radian
Sources/images lumineuses Définir les notions de stigmatisme et d'aplanétisme ainsi que les conditions de Gauss.
Modéliser une source (ponctuelle ou étendue) proche et à l'infini.
Reconnaître une source/image réelle ou virtuelle.
Définir un grandissement et un grossissement.
Lentilles minces Distinguer une lentille convergente d'une lentille divergente.
Connaître définitions et propriétés du centre optique, des foyers et des plans focaux.
Construire l'image d'un objet géométriquement.
Former une image réelle à l'aide d'une lentille convergente.
Utiliser les formules de conjugaison (non exigibles) pour trouver la position d'une image.
Utiliser le théorème de Thales pour calculer un grandissement ou un grossissement.
Quelques instruments d'optique Connaître le fonctionnement de l'oeil.
Connaître le fonctionnement d'une loupe.
Connaître le fonctionnement et le réglage de quelques appareils classiques (collimateur, lunette, goniomètre, appareil photo, ...)

Physique-2: Mécanique

Objectif: Dans ce deuxième bloc de physique, l'idée est de consolider les notions du bloc 1.1 (modélisation) en les appliquant à des cas de mouvements plus complexes en se restreignant aux problèmes à deux dimensions. On introduira alors progressivement les concepts de cinématique et de dynamique pour le point matériel et le solide. Dans un deuxième temps, l'approche énergétique permettra notamment de traiter le cas des oscillateurs en profondeur : oscillateur idéal et amorti, oscillateur en régime forcé.Ensuite, les notions de moment cinétique et de moment de force seront abordées en mécanique du point et du solide. Nous les utiliserons alors pour étudier les mouvements d'un point M soumis à une force centrale. La dernière partie de ce module sera consacrée à la découverte :

Notions Compétences/Connaissances
Cinématique du point matériel Exprimer le vecteur position dans une base cartésienne ou polaire.
Distinguer référentiel et base.
Exprimer la vitesse et l'accélération en cartésien et polaire.
Connaître le mouvement rectiligne et le mouvement circulaire.
Reconnaître les différents mouvements d'un solide.

Dynamique du point matériel

Connaître les différentes interactions (à distance et de contact).
Schématiser un système mécanique et faire un bilan des forces.
Connaître les trois lois de Newton.
Projeter la seconde loi sur des axes.
Savoir traiter le problème de chute libre.
Approche énergétique Calculer un travail mécanique, une énergie potentielle.
Déduire d'un graphe d'énergie potentielle l'existence de positions d'équilibre, et la nature stable ou instable de ces positions.
Connaître l'énergie cinétique d'un point et d'un solide en rotation autour d'un axe fixe.
Savoir appliquer le théorème de l'énergie cinétique.
Reconnaître un problème conservatif. Prévoir qualitativement le mouvement dans le cas d'un système conservatif unidimensionnel.
Oscillateur Reconnaître l'équation différentielle d'un oscillateur idéal et amorti. Être capable de dessiner la forme de la solution de cette équation.
Estimer à partir de l'équation différentielle la période et le temps d'amortissement d'un oscillateur.
Connaître la nature de la réponse de l'oscillateur à une excitation sinusoïdale en fonction du facteur de qualité. Résonance.
Connaître l'allure de la réponse fréquentielle en régime sinusoïdale.
Théorème du moment cinétique Connaître les notions de moment cinétique en un point, et par rapport à un axe orienté.
Connaître les notions de moment de force en un point et par rapport à un axe orienté. Maîtriser la notion de couple.
Énoncer et projeter le théorème du moment cinétique pour un point.
Connaître la notion de moment d'inertie.
Énoncer et projeter le théorème du moment cinétique pour un solide en rotation autour d'un axe fixe.

Mouvement à forces centrales Connaître les conséquences de la conservation du moment cinétique : mouvement plan, loi des aires.
Exprimer la conservation de l'énergie mécanique et construire une énergie potentielle effective.
Décrire qualitativement le mouvement radial à l'aide de l'énergie potentielle effective.
Relier le caractère borné à la valeur de l'énergie mécanique.
Maitriser le cas de l'orbite circulaire.
Énoncer les lois de Kepler pour les planètes et les transposer au cas des satellites terrestres.
Référentiels non galiléens Distinguer référentiel galiléen et référentiel non galiléen.
/ forces d'inertie Connaître l'existence des forces d'inertie.
Savoir exprimer la force d'inertie d'entraînement dans le cas d'une translation uniformément accélérée et dans le cas d'une rotation uniforme.
Savoir utiliser la force d'inertie de Coriolis.

Notions sur les collisions

Distinguer une collision élastique d'une collision inélastique.
Collisions à une dimension et à deux dimensions dans des cas simples.
Écrire les lois de conservation.

Physique-3: Thermodynamique

Objectif : Le module Physique-3 a pour but de jeter les bases de la thermodynamique afin de les appliquer ensuite dans l'enseignement de thermochimie. Outre la maîtrise des capacités reliées aux notions abordées, cette partie a pour vocation l'acquisition par l'étudiant des compétences transversales suivantes :

Remarque : On ne dit plus chaleur mais transfert thermique. Quant aux notations, il est d'usage pour une grandeur extensive \(A\), d'appeler \(a\) la grandeur massique associée et \(A_m\) la grandeur molaire associée.

Identifier un équilibre mécanique pour calculer une pression.Identifier un équilibre thermique pour calculer une température.
Notions Compétences/Connaissances
Système thermodynamique Identifier un système ouvert, un système fermé, un système isolé.
Distinguer une grandeur extensive d'une grandeur intensive.
Définir la quantité de matière, la masse volumique, la densité, la masse molaire, le volume molaire.
Les gaz Connaître et utiliser la loi des gaz parfaits.
Connaître les limites du modèle du gaz parfait.
Energie interne Définir l'énergie interne.
Connaître les propriétés de l'énergie interne pour un gaz parfait.
Connaître les propriétés de l'énergie interne pour une phase condensée incompressible et indilatable.
Définir la capacité thermique isochore.
Premier principe Distinguer travail mécanique macroscopique et transfert.
Caractériser une transformation thermodynamique.
Enoncer le premier principe.
Calculer un travail mécanique des forces de pression.
Interpréter géométriquement le travail des forces de pression dans un diagramme p-V.
Calorimétrie Concevoir un protocole expérimental pour mesurer une capacité thermique ou une "chaleur de réaction".
Calculer une capacité ou une "chaleur de réaction" à partir de mesures calorimétriques.
Enthalpie Définir l'enthalpie.
Connaître les propriétés de l'enthalpie pour un gaz parfait et pour un milieu condensé.
Relier transfert thermique isobare et enthalpie.
Définir la capacité thermique isobare.
Second principe Énoncer et utiliser le second principe à partir de tables ou de l'expression de \(S\).
Connaître les Lois de Laplace relatives aux gaz parfaits.
Faire un bilan ou calcul de rendement sur un dispositif concret à partir de diagramme.
Machines thermiques.

Physique-4: Électromagnétisme

Objectif: Le module Physique-4 aborde la discipline fondamentale qu'est l'électromagnétisme. Ce module permet l'introduction des raisonnements à échelle locale, très utilisés en deuxième année. Aucun résultat sur les dipôles n'est exigible. Pour l'étude de l'induction, on se limite à celle de géométries simples. Il n'est pas question d'utiliser le champ électromoteur ou le potentiel-vecteur mais plutôt d'utiliser le flux du champ magnétique, qui sera considéré uniforme à l'échelle des systèmes étudiés. La fin du module aborde brièvement des notions sur les circuits électriques. Ceci est complété par 4 séances de TP-cours de 80 minutes chacune, dont le détail est fourni à la section Travaux Pratiques.

Notions Compétences/Connaissances
Champ et potentiel électrique Connaître la loi de Coulomb et la définition du champ électrique.
Utiliser une distribution de charge discrète ou continue.
Utiliser les symétries d'une distribution de charges.
Tracer l'allure de lignes de champ électrique.
Relier champ électrique et potentiel.
Tracer l'allure des courbes équipotentielles.
Flux du champ électrique, théorème de Gauss.
Champ dans les conducteurs Exprimer le champ à proximité d'un conducteur à l'équilibre.
Calculer la capacité d'un condensateur plan.
Utiliser la loi des mailles.
Relier intensité du courant et débit de charges.
Définir un modèle de conduction électrique.
Utiliser la loi des nuds.
Appliquer la loi d'Ohm locale ou intégrale.
Utiliser des bilans de puissance électrique.
Champ magnétique Définir le champ magnétique.
Utiliser la loi de Biot et Savart.
Tracer l'allure des lignes de champ pour des dispositifs simples.
Avoir des notions d'ordre de grandeur de valeurs de champ.
Connaître l'expression du champ créé par un solénoïde infini.
Particule dans un champ électromagnétique Calculer la trajectoire d'une particule dans un champ électrique uniforme et permanent ou dans un champ magnétique uniforme et permanent.
Citer et décrire des applications.
Action d'un champ magnétique Exprimer la force élémentaire de Laplace.
sur un conducteur Calculer les actions mécaniques (résultante et moment) sur un circuit.
Induction magnétique Calculer un flux magnétique.
Utiliser la loi de Lenz-Faraday.
Définir l'auto-inductance.
Associer un schéma électrique équivalent.
Conduire un bilan de puissance et d'énergie.
Circuits électriques Caractériser résistor, bobine et condensateur.
Établir l'équation différentielle d'évolution de l'intensité ou de la tension.
Savoir tracer l'allure de ses solutions.
Utiliser la notation complexe en régime sinusoidal.
Définir un filtre passe-bas, passe-bande et passe-haut.

Physique-5: Ondes

Objectif: Ce module permet d'introduire la notion d'onde et les phénomènes associés en douceur en commençant par la théorie scalaire de la lumière. La théorie vectorielle de la lumière est présentée pour aborder les aspects liés à la polarisation puis trouve sa justification dans le module 6 d'électromagnétisme. La théorie de Fresnel sur la diffraction disparaît: on se contente de décrire le phénomène et de donner l'ordre de grandeur de l'angle de diffraction. Aucun calcul d'intégral n'est exigible. On traite les réseaux comme un phénomène d'interférences à N ondes.

Notions Compétences/Connaissances
Phénomène ondulatoire Décrire un signal temporel.
Décoder le spectre d'un signal.
Appréhender la propagation unidimensionnelle sans dispersion.
Interpréter un terme de retard.
Connaître la notion d'onde harmonique.
Écrire mathématiquement une onde harmonique, sous forme réelle et complexe.
Déterminer fréquence, période temporelle, longueur d'onde.
Représentation complexe et de Fresnel.
Reconnaître une équation d'onde.
Interpréter les phénomènes d'interférences.
Citer le principe d'Huygens-Fresnel.
Connaître l'allure d'une figure de diffraction pour une fente ou un trou et l'extension de la tache centrale.
Théorie scalaire de la lumière Faire le lien entre approximation scalaire et onde réelle.
Connaître le spectre électromagnétique.
Définir et utiliser l'indice optique.
Interpréter le retard en terme de chemin optique.
Connaître la relation déphasage-chemin optique.
Calculer l'éclairement ou l'intensité d'une onde lumineuse.
Interférences à deux ondes Identifier le terme d'interférence.
Respecter cohérence temporelle, spatiale et spectrale.
Calculer un contraste.
Connaître le dispositif des trous d'Young et ses équivalents.
Interféromètre de Michelson.
Interférences à N ondes Définir un réseau de diffraction.
Établir la formule des réseau.
Savoir calculer l'éclairement.
Déterminer le pouvoir de résolution.
Étudier une cavité Fabry-Perot.
Caractériser un interféromètre de Fabry-Pérot.
Le Laser.
Théorie électromagnétique Connaître la nature vectorielle de la lumière.
Connaître la structure d'une onde plane électromagnétique.
Différencier polarisation rectiligne, circulaire et elliptique.
à partir de l'écriture mathématique réelle ou complexe d'une onde vectorielle.
Connaître la loi de Malus.
Déterminer les effets des lames à retard.
Appliquer ces notions à la vision 3D.

Physique-6: Électromagnétisme

Objectif: Ce deuxième module d'électromagnétisme prolonge les connaissances abordées en première année. À partir des équations de Maxwell, on postule les propriétés des champs que l'on justifie sur des exemples. Une fois les équations de Maxwell établies on montre l'existence d'ondes électromagnétiques. On s'intéresse ensuite au phénomène de magnétisation et de polarisation de la matière et on montre comment la propagation de la lumière dans les milieux renseigne sur le processus de polarisation.

Notions Compétences/Connaissances
Équations de Maxwell Interpréter les équations de Maxwell.
Utiliser les théorèmes intégraux (Gauss ou Ampère).
Utiliser une relation de passage du champ électromagnétique entre deux milieux.
Comprendre l'équation de conservation de la charge et ses implications.
Formuler les actions mécaniques volumiques induites par un champ électromagnétique.
Interpréter l'équation de conservation de l'énergie.
Connaître le vecteur de Poynting et son interprétation.
Ondes électromagnétiques Reconnaître l'équation d'onde.
Utiliser le formalisme complexe pour trouver les propriétés d'une onde harmonique.
Établir une relation de dispersion.
Trouver la forme d'une onde dans un conducteur ohmique.
Étudier la réflexion d'une onde sur un conducteur parfait.
Distinguer onde progressive et onde stationnaire.
Magnétisme dans la matière Connaître le modèle de dipôle magnétique.
Interpréter la magnétisation d'un milieu en terme de moment dipolaire.
Modéliser un milieu en terme de courants à partir du vecteur aimantation.
Appliquer les lois à un milieu magnétique linéaire.
Faire la différence entre paramagnétisme et diamagnétisme.
Décrire le comportement ferromagnétique.
Milieux diélectriques Connaître le modèle de dipôle électrique.
Interpréter la polarisation d'un milieu en terme de moment dipolaire.
Modéliser un milieu en terme de charges à partir du vecteur polarisation.
Décrire le comportement d'une onde dans un milieu linéaire homogène et isotrope.
Comprendre comment sont établies les lois de Descartes.

Physique-7 : Mécanique des fluides et transferts

Objectif : Intervenant dans de nombreux domaines industriels, les phénomènes de transfert (chaleur, matière et quantité de mouvement) sont d'une importance capitale dans les sciences de l'ingénieur. Il s'agit d'en donner les bases physiques pour préparer les élèves à une formation plus poussée en génie des procédés. Un introduction aux phénomènes de tension superficielle est délivrée pour sensibiliser à la problématique des films et contacts aux interfaces.

Notions Compétences/Connaissances
Cinématique des fluides Expliciter le modèle continu
Distinguer approche lagrangienne et eulérienne
Calculer une accélération à partir du champ eulérien des vitesses
Faire un bilan de masse ou de volume
Statique des fluides Définir la pression
Faire un bilan des forces
Etablir la pression dans un liquide incompressible
Enoncer et utiliser le théorème d'Archimède
Fluide Parfait Utiliser l'équation d'Euler
Exprimer les conditions aux limites
Enoncer et utiliser le théorème de Bernoulli
Fluides visqueux Définir la contrainte visqueuse
Définir le fluide newtonien et la viscosité
Calculer une résultante des forces visqueuse dans le cas d'un écoulement cisaillant unidimensionnel
Projeter l'équation de Navier-Stokes
Faire une analyse dimensionnelle d'un problème
Calculer une perte de charge à l'aide d'une abaque
Utiliser le théorème de Bernoulli généralisée dans les problèmes de canalisation
Estimer l'ordre de grandeur d'une force de trainée
Transferts de particules Justifier la loi de Fick
Faire un bilan de particules
Relier le coefficient de diffusion avec le temps caractéristique de diffusion
Transferts thermiques Décrire les différents modes de transfert
Savoir utiliser les lois de transfert pour établir un bilan d'énergie
Utiliser la notion de résistance thermique
Tension de surface Relier énergie et tension de surface
Calculer une force de tension superficielle
Utiliser la loi de Laplace
Relier l'angle de contact aux tensions de surface

Physique-8 : Physique moderne

Objectif: Ce dernier volet consacré à la physique propose humblement à l'étudiant de se projeter dans la physique actuelle dans la continuité de ce qui a été fait de manière descriptive au lycée.

Notions Compétences/Connaissances
Phénomènes quantiques Dualité onde corpuscule, relation de De Broglie,
quantification de l'énergie, relation d'Einstein.
Notion de fonction d'onde, équation de Schrodinger.
Particule dans une boite, notion de dégénérescence des niveaux.
Ordres de grandeur.
Oscillateurs quantiques, cas des molécules.
Notion de spinExpérience de Stern et Gerlach,
quantification du spin et du moment magnétique.
Effet d'un champ magnétique, effet Zeeman, RMN.
Principe de Pauli pour les fermions, cas des bosons.
Physique statistiqueInterprétation statistique de l'entropie pour un système isolé.
Distribution de Boltzmann pour un système thermalisé,
population des niveaux, fonction de partition.
Relier énergie interne, pression et fonction de partition.
Magnétisme de la matièreOrigine du paramagnétisme, loi de Curie.
Origine du diamagnétisme.
Couplage ferromagnétique, loi de Curie-Weiss.
Théorie cinétique des gazDistribution des vitesses, vitesse quadratique moyenne, libre parcours moyen,
ordres de grandeurs.
Interprétation de la pression, de l'énergie.
Loi des gaz parfaits.

Travaux pratiques

Objectif: Fournir une approche pratique des notions présentées durant les deux années de cycle préparatoire intégré et préparer les étudiants à l'exigence requise dans l'expérimentation de niveau supérieur. L'approche expérimentale est une occasion formidable pour confronter l'étudiant qui a souvent une vision dogmatique du savoir à la réalité du monde qui l'entoure. Rappelons que les travaux pratiques se prêtent particulièrement bien à l'évaluation des compétences d'un futur ingénieur:

S'approprier - Analyser - Réaliser - Valider - Communiquer - Être autonome faire preuve d'initiative

Description/Exemples Choisir une base de temps et un gain adéquat sur un oscilloscope. Utiliser le mode XY pour repérer un déphasage nul modulo \(\pi\). Choisir le bon calibre sur un voltmètre, ampèremètre, ohmètre, capacitmètre, fréquencemètre etc. Savoir utiliser un vernier Mesure d'un angle à l'aide d'un goniomètre Discerner un résultat cohérent d'un résultat incohérent.
Compétences
Réaliser un montage Réussir un montage électrique à partir d'un schéma.
Réaliser un montage optique (projection, collimation, etc.).
Avoir la maîtrise d'un appareil
Utiliser un générateur de fonctions.
Réaliser des mesures soignées Effectuer les réglages proprement (réglage du zéro, réglage d'un goniomètre, d'un interféromètre, etc.).
Tout faire pour diminuer les erreurs de mesures (faible rapport signal/bruit à l'oscillo, erreur de parallaxe, etc.).
Estimer une incertitude expérimentale Identifier les différentes sources d'erreur.
Mesure d'une longueur à l'aide d'une règle.
Mesure d'une durée au chronomètre à main.
Utilisation de la classe d'un appareil,...
À l'aide de \(n\) mesures indépendantes (estimation statistique)
Estimer l'incertitude d'une grandeur calculée à partir d'une formule donnée Si \(y=ax+b\) alors \(\Delta y=|a|\Delta x\). Exemple : mesure de la longueur d'onde \(\lambda=a\theta\) d'une radiation à partir de la position angulaire \(\theta\) du premier pic de diffraction (le pas \(a\) du réseau étant connu)
Si \(y=ax^b\) alors \(\frac{\Delta y}{y}=|b|\frac{\Delta x}{x}\).
Exemple : mesure d'une aire \(\mathcal{A}=\pi R^2\).
Si \(y=ax_1+bx_2\) alors \(\Delta y=\sqrt{(a\Delta x_1)^2+(b\Delta x_2)^2}\).
Exemple : en focométrie la distance image vaut \(p'=x_2-x_1\) où \(x_2\) et \(x_1\) sont les positions du plan image et de la lentille
Si \(y=\frac{x_1^a}{x_2^b}\) alors \(\frac{\Delta y}{y}=\sqrt{\left(a\frac{\Delta x_1}{x_1}\right)^2+\left(b\frac{\Delta x_2}{x_2}\right)^2}\).
Exemple : Mesure d'une résistance \(R=U/I\)
Savoir écrire un résultat numérique grandeur= (mesure±incertitude).multiplicateur unité.
Exemple : \(c=(2,997\pm 0,004).10^8\,\mathrm{m.s^{-1}}\).
Présenter des résultats sous forme graphique Choisir la bonne échelle
Annoter les axes (ne pas oublier les unités)
Mettre un titre clair, précis et concis.
Vérifier une loi par régression Porter la tension \(U\) en fonction du courant \(I\) qui traverse un conducteur ohmique.
Porter \(1/p'\) en fonction de \(1/p\) en focométrie...
Utiliser les barres d'erreurs ou les indications du logiciel pour valider ou non la loi.
Emettre des hypothèses pour expliquer un éventuel désaccord (erreurs systématiques, modèle simpliste etc.)
Commenter et faire preuve d'esprit critique
Communiquer sur la cohérence des résultats.
Proposer éventuellement des améliorations.

TP-cours

Il a été décider de consacrer quatre séances de TP-cours à l'électricité, pour présenter les régimes transitoires et sinusoïdaux ainsi que le filtrage. Il est en effet plus évident de s'approprier ces notions en se confrontant à la réalité expérimentale. Un simulateur de circuits électriques sera éventuellement utilisé.

Notions Compétences
Électricité Relever une tension ou une intensité au cours du temps.
Analyser le fonctionnement fréquentiel d'un circuit électrique.
Connaître les propriétés des bobines et condensateurs.

TP-simulation numérique

Objectif: Les TP de simulation en deuxième année doivent permettre à l'étudiant de cycle préparatoire de visualiser plus concrètement les notions vues en cours magsitral. L'outil informatique est un élément capital du processus de modélisation, dont le chercheur ou l'ingénieur ne pourrait se passer. La question fondamentale est de comprendre comment passer de la description locale d'un phénomène au comportement global d'un système. Ce module fait sortir l'étudiant du laboratoire pour le faire entrer dans le monde de la modélisation. La liste ci-dessous a plus une valeur d'exemples, tous les domaines pouvant être abordés.

Domaines Compétences
Optique ondulatoire Établir la figure de diffraction d'une onde.
Former la figure d'interférence sur un écran.
Électromagnétisme Suivre la propression d'une onde à travers différents milieux.
Tracer une carte de champ électrique ou magnétique.
Mécanique des fluides Tracer les lignes de courant ou la trajectoire d'une particule.
Étudier l'effet Magnus.
Physique moderne Déduire le comportement d'un gaz à partir d'une approche probabiliste.
Utiliser la méthode de Monte-Carlo dans un cadre simple.
Étudier un modèle de conduction électrique.

À titre d'exemple, voici la liste des manipulations existantes à l'ENSCR, en 2013:

Intitulé Description
OscilloscopeApprendre à utiliser l'oscilloscope et le générateur de fonctions
Dipôle passifTracer la caractéristique électrique d'un résistor et d'une diode. Condensateur.
Moments de force À l'aide de poulies différentielles, comment passer d'un poids à un moment.
Force centrifuge Étude d'un dispositif en rotation surmonté d'un chariot mobile.
Calorimétrie Mesure de la masse équivalente en eau d'un calorimètre. Mesure de l'enthalpie de fusion de la glace. Capacité calorifique d'un métal puis de l'éthanol.
FocométrieMesure de distances focales de différents lentilles.
PendulesRessort amorti et non amorti, pendule simple, pendule pesant.
Sources de tensionÉtude de sources continues puis alternatives.
Thermodynamique Vérification de la loi des gaz parfaits à l'aide de différents montages. Moteur de Stirling.
ÉlectrostatiqueUn dispositif permet de tracer point par point les équipotentielles de condensateurs plan et cylindriques puis d'un dipôle.
Gain et phase de filtres Filtres RC et RLC, résonance, déphasage.
Champs magnétiques Champ créé par une spire; bobines de Helmholtz; Biot et Savart.
Oeil, lunette Étude de lentilles convergentes et divergente, construction d'une lunette astronomique et modèle de l'oeil.
Oscillateur de torsion Mesure de l'oscillation, de l'amortissement, de la résonance à marche forcée.
Photographie argentiquePrise de vue avec un appareil photo reflex et développement.
Prisme et goniomètre Le goniomètre est utilisé pour analyser la lumière issue d'une lampe spectrale.
Réseau et goniomètre On retrouve la densité de trait du réseau en utilisant une lampe spectrale. Avec une lampe à hydrogène, on cherche les longueurs d'onde pou retrouver la constante de Rydberg.
Ondes centimétriques Une diode gunn derrière un cornet émet une onde centimétrique polarisée. On mesure l'intensité derrière une bifente.
Polarisation Lunettes 3D, polariseurs, incidence de Brewster, tube de Laurent.
DiffractionUn faisceau laser est envoyé sur différents obstacles. Un capteur récupère le signal lumineux qui est analysé par le logiciel caliens.
Vitesse du son dans un gaz Tube de Kundt.
Analyse de FourierLe signal issu d'une corde de guitare est récupéré puis analysé.
Vitesse de la lumière Une diode laser, deux miroirs.
Mesure de e/m Deux bobines, un canon à électron.
Tension superficielleTubes de Jurin. Forme d'une goutte sur différents supports. Mesure par arrachement.
Viscosité, traînée Étude de la vidange d'un récipient à travers un long tube fin.
Bernoulli, VenturiÉtude de la vidange d'un récipient. À l'aide d'une soufflerie, étude de la pression dans un rétrécissement.