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République Tunisienne Ministère de l’Éducation PHYSIQUE 3ème année de l’enseign

République Tunisienne Ministère de l’Éducation PHYSIQUE 3ème année de l’enseignement secondaire Sciences Techniques Centre National Pédagogique LES AUTEURS EDITION MISE A JOUR ET ADAPTÉE PAR RESPONSABLE DE LA COORDINATION ABDELHAFIDH GHARBI Professeur à la faculté des sciences de Tunis ABDELHAFIDH BEN SOUDA Inspecteur des écoles préparatoires et des lycées MOHAMED BITRI Inspecteur principal des collèges et des lycées ABDELLATIF MEDDAH Professeur principal hors classe au lycée Menzah VI MONCEF TORKHANI Professeur principal au lycée pilote de Bizerte HATEM DISSEM Professeur de l’enseignement secondaire au lycée Hamouda Pacha Manouba LES ÉVALUATEURS NOUREDDINE MESKINI Professeur à la faculté des sciences de Tunis ABDELHAMID BEN HENDA Inspecteur principal des collèges et des lycées ABDELHAMID BAATOUT Inspecteur Général de l’éducation LES ÉVALUATEURS MOHAMED HEBIB KERKENI Inspecteur principal des écoles préparatoires et des lycées DRIS HOUAS Inspecteur des écoles préparatoires et des lycées HEDI KHALED Inspecteur principal des écoles préparatoires et des lycées NAÏMA ARIFA BEN FREDJ Professeur principal & conseillère pédagogique © Tous droits réservés au centre national pédagogique 3 PREFACE Ce manuel s'adresse essentiellement aux élèves de 3ème année de l'enseignement sec- ondaire, section : Sciences Techniques. Il a été élaboré en conformité avec le programme officiel qui entre en vigueur à la rentrée scolaire 2009 et s'inscrit dans la continuité avec celui de la 2ème année sciences. Cet ouvrage vise les objectifs suivants : - Impliquer les élèves dans des situations significatives en leur proposant des démarches attrayantes qui s'appuient sur leurs environnements familiers. - Former les élèves en leur inculquant des connaissances bien structurées spécifiques aux sciences physiques. - Leur permettre d'acquérir des savoir-faire rigoureux grâce à une démarche scientifique adaptée à leurs besoins et à leurs niveaux Le contenu de ce programme est réparti en quatre grandes parties : - Les interactions électromagnétiques, - Les mouvements, - L'amplificateur opérationnel, - Le système optique et l'image. Chaque partie est traitée d'une manière assez concise, est bâtie autour d'activités variées: situations, questionnements, expériences, exercices… Tout a été conçu de manière à respecter les objectifs du programme et à tenir compte des recommandations citées dans les commentaires du programme officiel. Tous les chapitres sont organisés selon la structure suivante : - La première partie présente une illustration accompagnée d'une situation ou d'un ques- tionnement qui définit les objectifs du chapitre et rappelle les pré-requis (savoir et savoir- faire). - Un cours comportant des activités variées, des définitions…Les énoncés des théorèmes et des lois sont clairement mis en évidence. Les expériences sont présentées et analysées avec rigueur afin de consolider les acquis et renforcer les apprentissages chez les élèves et ce en leur permettant de s'imprégner de la démarche scientifique. - A la fin de chaque cours ; on propose un ou deux exercices résolus afin que les élèves puissent acquérir des techniques de résolution de problèmes. - Des textes documentaires : techniques ou historiques proposent une ouverture de plusieurs disciplines pour stimuler la curiosité chez les élèves. - La rubrique «l'essentiel du cours» permet une révision rapide des notions essentielles du chapitre. - Les exercices proposés dans la partie «que sais-je ?» sont classés par ordre de difficulté croissante. Les auteurs 4 Programme Objectifs Exemples de questionnements et d'activités Contenu Horaire Appliquer la loi de Coulomb. Mettre en évidence expérimentalement l'existence d'un champ électrique crée par une charge ponctuelle. Déterminer les caractéristiques d'un vecteur champ électrique. Représenter une force électrique. Appliquer la relation vectorielle. Reconnaître, d'après la forme du spectre électrique, le champ électrique créé par une charge ponctuelle, le champ électrique crée par deux charges ponctuelles et le champ électrique uniforme. Etudier expérimentalement l'inte- raction entre deux pendules élec- triques et l'influence des facteurs dont-elle dépend ? Pourquoi une averse soudaine après des coups d'éclair et des ton- nerres intenses ? Réaliser le spectre d'un champ électrique créé par : • une charge électrique ponctuelle, • deux charges électriques, • un champ électrique uniforme. II. Interaction électrique I-1. Loi de Coulomb I-2. Champ électrique - Champ électrique crée par une charge ponctuelle : • Mise en évidence • Vecteur champ électrique • Force électrique • Spectre et lignes de champ - Cas de deux charges ponctuelles - Champ électrique uniforme 4,5 - 5 h A. PHYSIQUE (54 - 62 heures) INTERACTION ELECTROMAGNETIQUE (15 - 17 heures) E → F = q.E → → F = q.E → → 5 Programme Objectifs Exemples de questionnements et d'activités Contenu Contenu Mettre en évidence expé-rimentalement une interaction magnétique. Mettre en évidence expéri-mentalement l'existence d'un champ magnétique. Reconnaître un champ magnétique unifor- me à partir de la forme de son spectre. Déterminer les caractéristiques d'un vec- teur champ magnétique. Utiliser un teslamètre. Mettre en évidence expérimentalement la force de Laplace. Déterminer les caractéristiques de la force de Laplace. Expliquer le fonctionnement d'un moteur à courant continu. Qu'est ce que l'aurore boréale ? Pourquoi est-elle fréquente aux grandes latitudes ? Commenter un dossier préparé par les élèves sur la lévitation magné- tique. A l'aide de petites aiguilles aiman- tées, mettre en évidence le champ magnétique terrestre et vérifier qu'il est uniforme dans une région très limitée de l'espace. Réaliser les spectres magnétiques : - d'un aimant droit - d'un aimant en U - d'un courant continu (fil et solénoïde). Etudier expérimentalement, dans le cas d'un solénoïde, l'influence de l'intensité du courant et celle du nombre de spires par unité de lon- gueur sur la valeur du vecteur champ . Quel est le principe de fonctionnent du moteur d'un jouet électrique, de celui d'un baladeur CD, d'un appareil de mesure électrique à aiguille ? Etudier expérimentalement les fac- teurs dont dépend la force de Laplace. II. Interaction magnétique II-1. Les différents types d'interactions magnétiques : - nteractions aimant-aimant, - Interaction aimant-courant, - Interaction courant-courant. Application : la lévitation magnétique. II-2. Champ magnétique - Notion de champ magnétique : • Mise en évidence • Spectre et lignes de champ • Vecteur champ magnétique - Champ magnétique uniforme - Champ magnétique terrestre - Champ magnétique crée par un courant continu : Cas d'un courant circulaire II-3. Force de Laplace - Mise en évidence. - Caractéristiques. Application : le moteur électrique à courant continu. 10,5 - 12 h : Activité pouvant mettre en jeu les TIC (Technologies de l'information et de la communication) B → B → B → 6 Programme Commentaires On énoncera la loi de Coulomb et on mettra en évidence l'existence d'un champ électrique par son action sur un corps chargé. On se limitera à la visualisation des spectres des champs électriques créés par une charge ponctuelle et par deux charges ponctuelles. Avec l'interaction aimant - aimant, on distinguera le pôle nord du pôle sud d'un aimant. L'étude des interactions magnétiques servira à la mise en évidence qualitative du champ magnétique. On déterminera expérimentalement la direction et le sens du vecteur champ magnétique terrestre et on introduira les angles d'inclinaison et de déclinaison. On donnera à cette occasion les ordres de grandeur de champs magnétiques : de la Terre, d'une bobine, d'un aimant en fer à cheval, d'une bobine supra conductrice … On réalisera différents spectres d'aimants et de courants (fil, solénoï- de) ; on montrera que les lignes de champ sont orientées. Pour le champ magnétique créé par un courant circulaire, on se limi- tera au cas du solénoïde (bobine longue). On mettra expérimentalement en évidence l'existence des faces nord et sud d'une bobine. L'expression de la force de Laplace sous forme de produit vec- toriel est hors programme ; on donnera la formule . L'expérience de la roue de Barlow permettra d'expliquer le prin- cipe de fonctionnement du moteur électrique à courant continu. Au terme de l'étude des interactions électrique et magnétique, on fera remarquer que celles-ci se manifestent toutes les deux entre des charges électriques. Donc, elles sont de même type : interaction électromagnétique → F =Il → B sinα 7 Objectifs Exemples de questionnements et d'activités Contenu Contenu Reconnaître un solide en mouvement de translation. Représenter les vecteurs : position, vitesse et accélération d'un mobile. Reconnaître la nature du mouvement d'un mobile par recours à l'expérience. Connaissant l'expression d'une grandeur cinématique (x, v ou a) en fonction du temps ainsi que les conditions initiales, retrouver les expressions des deux autres. Etablir, pour un mouvement rectiligne uni- formément varié, la relation : v22 - v12 = 2a. (x2 -x1) Caractériser un mouvement rectiligne sinu- soïdal par son amplitude Xm et sa période T. Etablir la relation (a + ω2x = 0) entre l'accé- lération a et l'élongation x d'un mobile en mouvement rectiligne sinusoïdal. Appliquer la loi fondamentale de la dyna- mique (2ème loi de Newton). Appliquer le théorème du centre d'inertie. Réaliser des enregistrements de mouvements ou faire des mesures de grandeurs cinématiques pour étu- dier des mouvements rectilignes. Déterminer par mesure directe (pour les mouvements lents) ou par enre- gistrement la période T et l'amplitude Xm d'un mobile en mouvement rectili- gne sinusoïdal. Vérifier expérimentalement la uploads/Finance/ livre-phys-tec-pdf.pdf