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1/19 Royaume du Maroc Ministère de l’éducation nationale de l’enseignement supé

1/19 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 1ère année TSI Table des matières Approche théorique 1ère année TSI 1. Mécanique 1.1 Description du mouvement d’un point matériel 1.2 Dynamique du point matériel dans un référentiel galiléen 1.3 Puissance et travail d’une force. Théorème de l’énergie cinétique 1.4 Oscillateur linéaire à un degré de liberté 1.5 Théorème du moment cinétique 1.6 Mouvements dans un champ de forces centrales conservatives, mouvement newtonien 1.7 Dynamique dans un référentiel non galiléen 2. Optique 2.1 Approximation de l’optique géométrique : rayon lumineux 2.2 Formation des images dans les conditions de GAUSS 3. Thermodynamique 3.1 Modèle du gaz parfait 3.2 Éléments de statique des fluides 3.3 Systèmes thermodynamiques 3.4 Premier principe de la thermodynamique 3.5 Deuxième principe pour un système fermé 3.6 Étude des machines thermiques 4. Électronique 4.1 Approximation des régimes quasi-permanents 4.2 Éléments de circuits linéaires en régime continu ou quasi-permanent 4.3 Régime transitoire 4.4 Régime sinusoïdal forcé 4.5 Filtrage linéaire 4.6 Amplificateur opérationnel. 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 1ère année TSI 6. TP-cours 7. Travaux pratiques La réforme du programme de Physique de la classe de TSI est rendue nécessaire par l’évolution des contextes scientifique, technique et pédagogique sur le plan international. Ce programme s’articule sur une approche équilibrée entre théorie et expérience afin d’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. https://al9ahira.com/ 2/19 L’approche théorique se compose de cinq parties abordées selon la progression suivante : Mécanique - Optique - Thermodynamique - Électronique - Électromagnétisme. Pour faciliter la transition avec le secondaire qualifiant, il est préférable d’introduire les nouveaux concepts sur des situations aussi proches que possibles de celles abordés au lycée, et d’éviter l’emploi des outils mathématiques non encore maîtrisés. Ces outils sont souvent communs à plusieurs disciplines scientifiques, la recherche d’une cohérence maximale entre les enseignants de mathématiques, génie mécanique, génie électrique, physique-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. 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. L’approche expérimentale est composée par les expériences de cours, les travaux pratiques (TP) et les TP - cours. Les TP - cours, ont pour but, l’acquisition de connaissances et d’un savoir faire expérimental dans le cadre d’un travail interactif et encadré. Les TP sont orientés vers l’acquisition d’une autonomie progressive dans la démarche expérimentale. Le choix des expériences de cours et des TP relève de la responsabilité du professeur : 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. 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 Mécanique Le programme se place dans le cadre de la physique dite classique (non relativiste et non quantique). Chaque fois que c’est judicieux, on signale les limites de la théorie classique et l’existence de théories relativistes et quantiques. L’objectif est d’introduire progressivement quelques-uns des concepts de base de la mécanique tridimensionnelle ainsi que les outils nécessaires, et cela en accord avec les idées mises en œuvre 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 d’une part 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. L’enseignement de mécanique de première année est limité à l’étude du point matériel et du système de deux points ; la dynamique des systèmes matériels n’est abordée qu’en seconde année. Les systèmes ouverts, par exemple faisant intervenir une masse variable (fusée...) sont hors programme. Les outils mathématiques nécessaires sont : - la géométrie dans R2 et dans R3 (vecteurs, produit scalaire, produit vectoriel, le produit mixte). - Les notions de dérivée temporelle d’un vecteur dans un référentiel donné et de dérivée d’une fonction composée. - Le développement limité d’une fonction d’une variable à l’ordre 2 au voisinage d’une valeur de la variable. - les équations différentielles linéaire et non linéaire. - La résolution d’équations différentielles linéaires d’ordre un ou deux à coefficients constants, sans second membre ou avec un second membre constant. - La notation complexe, utilisée pour la résolution de l’équation différentielle linéaire du second ordre à coefficients constants dont le second membre est une fonction sinusoïdale du temps. 1.1 Description du mouvement d’un point matériel Programme Commentaire Espace et temps. Référentiel d’observation. Notion du point matériel. On se limite à la description du mouvement sans s’intéresser aux causes du mouvement. https://al9ahira.com/ 3/19 Paramétrage d’un point matériel en mouvement. Vecteurs position, vitesse et accélération. On précise la différence entre référentiel et repère. Exemples de bases de projection : vitesse et accélération en coordonnées cartésiennes et cylindriques, vitesse en coordonnées sphériques. Expression intrinsèque de la vitesse et l’accélération : coordonnée curviligne, rayon de courbure, repère de FRENET. On définira les coordonnées cartésiennes, cylindriques et sphériques, ainsi que les bases associées. On souligne que le paramétrage et la base de projection doivent être adaptés au problème posé. Exemples de mouvement : mouvement de vecteur accélération constant, mouvement rectiligne sinusoïdal, mouvement circulaire uniforme et non uniforme, mouvement hélicoïdal. 1.2 Dynamique du point matériel dans un référentiel galiléen Programme Commentaire Notions sur les quatre interactions fondamentales. On distingue les interactions de portée illimitée de celles dont la portée est limitée à la dimension du noyau atomique. Notion de force. Quantité de mouvement. Lois de NEWTON: loi de l’inertie, loi fondamentale de la dynamique du point matériel, loi des actions réciproques. Référentiel galiléen. On affirme l’existence de référentiels galiléens sans se préoccuper de les rechercher. Les référentiels d’études sont supposés galiléens. Les notions de force de gravitation, force de COULOMB, tension d’un ressort, force de frottement, force de LORENTZ seront introduites au fur et à mesure du besoin. Applications :  Mouvement dans le champ de pesanteur uniforme sans résistance de l’air puis avec résistance de l’air,  pendule élastique,  pendule simple,  mouvement d’une particule chargée dans un champ électrostatique et/ou magnétique uniforme indépendant du temps dans le vide. On exploite l'équation différentielle du pendule simple ou de la chute sous l'influence de la résistance de l'air pour faire une approche numérique : analyse en ordres de grandeur, détermination de la vitesse limite, utilisation des résultats fournis par un logiciel d'intégration numérique. On justifie par un calcul d’ordre de grandeur que le poids d’une particule chargée est négligeable devant la force électromagnétique. 1.3 Puissance et travail d’une force. Théorème de l’énergie cinétique Programme Commentaire Puissance et travail d’une force. Énergie cinétique. Théorème de l’énergie cinétique. On signale le caractère moteur ou résistant d'une force dans un référentiel. On précise que la puissance dépend du référentiel. Champ de force conservative, énergie Potentielle. Énergie mécanique. Intégrale première de l’énergie. On fonde le concept d’énergie potentielle sur l’expression du travail de la force considérée. On calcule les énergies potentielles de pesanteur (g supposé constant), gravitationnelle, coulombienne, élastique. Application : utilisation d’une représentation graphique de l’énergie potentielle. Positions d’équilibre d’un point matériel, stabilité. Petits mouvements au voisinage d’une position d’équilibre stable. On s’intéresse à des mouvements à un seul degré de liberté. 1.4 Oscillateur linéaire à un degré de liberté Programme Commentaire Régimes libres d’un oscillateur harmonique à un degré de liberté amorti par frottement visqueux. On met l’équation différentielle sous une forme canonique. https://al9ahira.com/ 4/19 Rôle de l’amortissement. Facteur de qualité. Oscillateur harmonique à un degré de liberté amorti par frottement visqueux et soumis à une excitation sinusoïdale. Régime transitoire. Régime établi. Résonance en élongation, en vitesse. Analogie avec le dipôle R-L-C série. Portrait de phase. Il s’agit d’apprendre à lire, commenter et interpréter un portrait de phase : savoir s’il y a ou non des frottements, identifier les positions d’équilibre stables ou instables, faire le lien entre le caractère fermé d’un portrait de phase et le caractère périodique du mouvement du point matériel. 1.5 Théorème du moment cinétique Programme Commentaire Moment d’une force et moment cinétique par uploads/Industriel/ maroc-prog2013-phys-tsi1 1 .pdf