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1/24 Royaume du Maroc Ministère de l’éducation nationale de l’enseignement supé

1/24 Royaume du Maroc Ministère de l’éducation nationale de l’enseignement supérieur de la formation des cadres et de la recherche scientifique CLASSES PRÉPARATOIRES AUX GRANDES ÉCOLES PROGRAMME DE PHYSIQUE PCSI-PSI Table des matières Approche théorique PCSI-PSI 1 Électronique 1.1 Lois générales dans le cadre de l’approximation des régimes quasi-permanents 1.2 Éléments de circuits linéaires en régime continu ou quasi-permanent 1.3 Régime transitoire 1.4 Régime sinusoïdal forcé 1.5 Filtrage linéaire 1.6 Amplificateur Opérationnel ou Amplificateur Linéaire Intégré 2 Optique 2.1 Approximation de l’optique géométrique : rayon lumineux 2.2 Formation des images dans les conditions de GAUSS 3 Mécanique 3.1 Description du mouvement d’un point matériel 3.2 Dynamique du point matériel dans un référentiel galiléen 3.3 Puissance et travail d’une force. Théorème de l’énergie cinétique 3.4 Mouvement de particules chargées dans des champs électrique et magnétique, uniformes et stationnaires 3.5 Oscillateur linéaire à un degré de liberté 3.6 Théorème du moment cinétique 3.7 Mouvements dans un champ de forces centrales conservatives, mouvement newtonien 3.8 Dynamique dans un référentiel non galiléen. 3.9 Système fermé de points matériels. 3.10 Mécanique du solide en rotation autour d’un axe fixe 4 Thermodynamique 4.1 Modèle du gaz parfait 4.2 Diffusion des particules 4.3 Statique des fluides 4.4 Premier principe de la thermodynamique 4.5 Second principe pour un système fermé 4.6 Changement d’état d’un corps pur 4.7 Étude des machines thermiques 5 Électromagnétisme 5.1 Champ et potentiel électrostatiques. 5.2 Dipôle électrostatique 5.3 Aspects énergétiques 5.4 Champ magnétostatique 5.5 Dipôle magnétique Approche expérimentale PCSI-PSI 6 TP-cours 7 Travaux pratiques Approche théorique PCSI-PSI https://al9ahira.com/ 2/24 La réforme du programme de Physique de la classe de PCSI est rendue nécessaire par l’évolution des contextes scientifique, technique et pédagogique sur le plan international. Elle s’inscrit aussi dans la continuité de l’esprit des programmes du secondaire qualifiant menant au baccalauréat scientifique. Il vise à apporter les connaissances fondamentales indispensables à la formation générale d’un futur ingénieur, enseignant ou chercheur. L’enseignement de la Physique dans la classe de PCSI est basé sur une approche équilibrée entre théorie et expérience. La formation doit apporter à l’étudiant les outils conceptuels et méthodologiques pour lui permettre de comprendre le monde naturel et technique qui l’entoure et de faire l’analyse critique des phénomènes étudiés. Les méthodes utilisées doivent encourager l’étudiant à devenir graduellement acteur de sa formation, qu’il comprenne mieux l’impact de la science et que, plus assuré dans ses connaissances, il soit préparé à poursuivre son cursus d’études dans les grandes écoles. La méthode scientifique utilisée, empreinte de rigueur et de sens critique permanent, doit permettre à l’étudiant, sur toute question du programme : - de communiquer l’essentiel des résultats sous forme claire et concise, tant à l’oral qu’à l’écrit, - d’en analyser le caractère de pertinence : modèle utilisé, limites du modèle, influence des paramètres, homogénéité des formules, symétries, interprétation des cas limites, ordres de grandeur et précision, - d’en rechercher l’impact pratique. Bien que le langage mathématique ait un intérêt particulier dans l’enseignement de la physique, il ne doit en aucun cas se substituer à l’aspect physique et à l’analyse qualitative des phénomènes étudiés. L’enseignement de la physique, dans la classe de PCSI, est basé sur la compréhension physique du phénomène étudié et une réduction significative du recours à la technicité calculatoire. Les outils mathématiques sont introduits au fur et à mesure que leur nécessité apparaît. Les pratiques d’évaluation doivent être cohérentes avec l’esprit du programme. Il va de soi que les spécificités de la classe de PCSI doivent se retrouver dans les modalités d’évaluation et de contrôle des connaissances. Celles-ci doivent respecter l’esprit des objectifs : tester l’aptitude de l’étudiant moins à résoudre les équations qu’à les poser, puis à analyser les résultats, tant dans leur caractère théorique que pratique. Dans la classe de PCSI, l’approche expérimentale de la physique est fortement affirmée et valorisée. La formation expérimentale est proposée aux étudiants sous des formes variées et complémentaires qui permettent d’aborder les phénomènes physiques de manière inductive : - Les expériences de cours - Les TP-cours - Les travaux pratiques (TP). Le choix des expériences de cours et des TP relèvent de la responsabilité professorale : les thèmes de TP proposés par le programme sont purement indicatifs, ceux-ci peuvent être remplacés par tout thème à l’initiative du professeur et ne faisant appel qu’aux connaissances du programme de la classe. En revanche le contenu des TP-cours de physique, fixé par le programme, est exigible aux concours dans toutes les épreuves, écrites, orales et éventuellement pratiques. L’approche théorique se compose de cinq parties abordées selon la progression suivante : Électronique – optique – mécanique – thermodynamique - électromagnétisme. Dans le programme, chaque rubrique de TP-cours correspond à un thème ; chaque thème correspond à une ou plusieurs séances. Le choix du découpage d’un thème de cours ou de TP-cours relève de l’initiative pédagogique du professeur. Il convient de remarquer que les thèmes de TP- cours sont conçus pour être traité conjointement aux thèmes de cours correspondants. 1. Électronique Les notions de courant et de tension, la loi des nœuds et la loi des mailles ont été abordées au cycle du baccalauréat. Le régime transitoire, dans les circuits RC, RL et RLC, a été vu pendant l’année terminale ; les étudiants sont initiés à manipuler les équations différentielles qui régissent ces phénomènes. Il convient d’exploiter ces acquis pour aborder les nouvelles notions et de traiter les difficultés correspondantes. En revanche, les théorèmes de base de l’électrocinétique, le régime sinusoïdal, les grandeurs efficaces, l’impédance, le filtrage,... sont des notions nouvelles. Il convient de les introduire de manière progressive. https://al9ahira.com/ 3/24 L’électronique recoupe fortement l’automatique qui est enseignée par le professeur de sciences industrielles. Il importe donc chaque fois que cela est possible d’adopter un vocabulaire commun. Le professeur de sciences industrielles et le professeur de physique se concertent à cet effet. L’outil mathématique nécessaire à l’étude de cette partie se limite en pratique aux équations différentielles linéaires à coefficients constants du premier et du deuxième ordre. 1.1 Lois générales dans le cadre de l’approximation des régimes quasi-permanents Programme Commentaire Approximation des régimes quasi-permanents L’ARQP sera présentée d’une façon qualitative. L’origine théorique de cette approximation sera discutée dans le cours d’électromagnétisme en deuxième année. Courant électrique, bilan de charges, loi des nœuds. L’intensité du courant électrique dans une branche orientée de circuit est définie comme le débit de charges à travers une section du conducteur. La loi des nœuds traduit une conservation de la charge en régime stationnaire. On admet l’extension de cette loi aux régimes lentement variables ou quasi-permanents. La forme locale de l’équation de conservation de la charge électrique est hors programme. On cite les ordres de grandeur des intensités et des tensions dans différents domaines d’application. Potentiel, référence de potentiel, tension électrique, loi des mailles. Puissance électrique reçue par un dipôle. Caractère générateur et récepteur. 1.2 Éléments de circuits linéaires en régime continu ou quasi-permanent Modélisation de dipôles R, L et C. Relation tension - courant. On cite les ordres de grandeurs des composants R, L, C. Un comportement linéaire est décrit par une équation différentielle linéaire à coefficients constants. On signale que tous les éléments d’un circuit réel sont représentés par des modèles dont les domaines de validité possèdent des limites ; cet aspect est surtout vu en travaux pratiques. On affirme les relations q = CuC et uL = ri + Ldi/dt. Association des résistances et des capacités en série, en parallèle. Le théorème de KENNELY est hors programme. Diviseurs de tension et de courant. Aspects énergétiques : énergie emmagasinée dans un condensateur et dans une bobine, puissance dissipée dans une résistance (effet JOULE). On montre, par des considérations énergétiques, que la charge d’un condensateur et le courant qui traverse une bobine sont continus en fonction du temps. Modélisation linéaires d’un dipôle actif : générateur de courant (représentation de NORTON) et générateur de tension (représentation de THEVENIN) ; équivalence entre les deux modélisations. On montre à travers des exemples que l’équivalence THEVENIN - NORTON permet de simplifier l’étude des circuits. Caractéristique d’un dipôle. Point de fonctionnement. On étudie la caractéristique d’un dipôle pouvant être éventuellement non-linéaire. Sources libres ou indépendantes, sources liées ou contrôlées. Loi des nœuds exprimée en termes de potentiels ou théorème de MILLMAN. La mémorisation de toute formulation mathématique du théorème de MILLMAN est exclue. https://al9ahira.com/ 4/24 1.3 Régime transitoire Programme Commentaire Étude des circuits RC, RL et RLC série soumis à un échelon de tension. Régime libre. Régime transitoire et régime permanent. Pulsation propre. Facteur de qualité. On écrit les équations différentielles sous les formes canoniques. Cette écriture est l’occasion pour habituer les élèves à faire un rapprochement avec un autre phénomène physique analogue. On distingue, sur un relevé expérimental, régime transitoire et régime permanent au cours de l’évolution d’un système du premier ordre soumis à un échelon. On détermine un ordre de grandeur de la durée du régime transitoire. On met en évidence la similitude des comportements des oscillateurs mécanique et électronique. Aspect énergétique. On se contente de reconnaître le type de régime transitoire à partir du portrait de uploads/s3/ maroc-prog2013-phys-pcsi.pdf