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Physique 4ème année de l’enseignement secondaire Sciences de l'informatique Abd

Physique 4ème année de l’enseignement secondaire Sciences de l'informatique Abdelhamid BAATOUT Centre National Pédagogique Sous la direction de : Les évaluateurs Mohamed OMMEZZINE Professeur universitaire M'hammed EL GHADHAB Inspecteur des collèges et des lycées Abdessattar HRICHI Inspecteur des collèges et des lycées Mouldi TAALOUCHE Inspecteur des collèges et des lycées Abdelfattah LATIRI Professeur principal Taoufik BACCARI Professeur principal Abdelhamid BAATOUT Inspecteur principal des collèges et des lycées Mohamed Arbi BEN DAAMAR Inspecteur des collèges et des lycées Abdelaziz DHAOUADI Professeur principal Ardhaoui KOUAS Inspecteur des collèges et des lycées Les auteurs REPUBLIQUE TUNISIENNE MINISTERE DE L’EDUCATION © Tous droits réservés au Centre National Pédagogique. 3 AVANT PROPOS Cet ouvrage de physique est conforme au programme officiel de 4e Sciences de l'informa- tique, publié en septembre 2006. Avec un découpage en treize chapitres développant les deux thèmes du programme (Evolution de systèmes électrique - Ondes), ce manuel a été conçu pour être élaboré avec une approche centrée sur l’élève afin que celui-ci s’y retrouve et puisse en tirer le maximum de profit dans sa préparation à l’examen de baccalauréat, à côté de ce qu’il réalise avec ses pairs et son professeur en classe. Effectivement, les différents contenus sont construits dans l’esprit de permettre à l’élève un exploitation optimale du livre, que ce soit avant la classe pour essayer de faire tout seul son cours ou après dans le but de consolider ses acquis. Dans cette perspective, les treize chapitres du livre sont présentés avec une logique visant la stimulation de la motivation de l’élève et facilitant son implication dans le développement de leur contenu scientifique. Avec les objectifs fixés et le prérequis précisé en début de chapitre, des questionnements tirés du vécu quotidien sont cités pour donner du sens à l’étude proposée. Après position du problème, un ensemble d’activités proposées le plus souvent sous forme d’une manipulation réalisable dans une séance de classe (cours ou travaux pratiques) est suivi de questions posées sur les observations et les constatations indiquées, sur les mesu- res faites, voire sur leur exploitation graphique ou analytique afin d’entraîner l’apprenant à la pratique de la démarche scientifique expérimentale. Outre les conclusions, les analyses et les interprétations théoriques développées par les auteurs viennent par la suite pour rassurer l’apprenant et l’aider à s’autoévaluer. Les connaissances fondamentales construites par le traitement du chapitre sont reformulées dans une rubrique intitulée “L’Essentiel” et insérée à la fin du cours. Un ensemble de questions de contrôle rapide des acquis, d’exercices d’application et de syn- thèse dont les réponses figurent en fin d’ouvrage est précédé d’un exercice entièrement résolu, présenté comme un autre support d’aide à l’autoévaluation. En fin de chapitre, sont proposées une fiche technique comme complément facilitateur de l’é- tude ou une rubrique intitulée “En savoir plus” dont le contenu est un sujet de lecture qui peut servir à un certain approfondissement des connaissances du lecteur et à l’éclairer davantage sur leur importance dans la compréhension du monde physique moderne. Enfin, nous espérons que cet ouvrage aura le mérite, comme nous avons souhaité lors de sa rédaction, d’être un support clair, pratique et attrayant pour son premier public que sont les élèves de 4e Sciences de l'informatique et tous ceux qui penseront à y recourir. Les auteurs 4 SOMMAIRE ÉVOLUTION DE SYSTÈMES ÉLECTRIQUES 11 43 131 111 79 159 175 221 249 ONDES 5 365 Ondes Modulation et démodulation des signaux La télécommunicatio n a connu une grande révolution par l’avènement de la modulation et ne cesse de se développer grâce au même phénomène qui trouve d’ailleurs ses applications dans d’autres domaines comme la synthèse polyphonique. 13 13 Les émissions télévisées sont-elles modulées en amplitude (AM) ou en fréquence (FM) et pourquoi ? La fréquence de l’onde porteuse des émissions d’une station radio en AM est égale à 150 kHz au minimum, tandis qu’en FM, elle tourne autour de 100 MHz, pourquoi ? MODULATION ET DÉMODULTION DES SIGNAUX 275 309 339 365 6 STRUCTURE DU LIVRE Présentation d’un thème du livre Présentation d’un chapitre du thème Chapitres consti- tuant le thème 115 Egnos, satellite géostationnaire assurant la sécurité des applica- tions de la navigation aérienne et maritime grâce à son horloge atomique dont les oscillations sont entretenues en permanence. La résistance d'un oscillateur électrique étant inéluctable, n'y a-t-il pas un moyen pratique à la compensation de l'amortissement conséquent ? Quel rôle peut-elle avoir la pile d'alimentation dans le fonctionnement de l'oscillateur à quartz 'une montre électronique ? OSCILLATIONS ÉLECTRIQUES ENTRETENUES 4 4 Définir : - l’intensité du courant électrique, - la tension (ou d.d.p) électrique, - la quantité d’électricité, - un résistor. Ecrire la relation Q = I.t Enoncer la convention récepteur et la convention générateur. Enoncer : - la loi des mailles, - la loi des noeuds, - la loi d’Ohm relative à un résistor, - la loi d’Ohm relative à un générateur. Distinguer entre une tension continue et une tension variable. Utiliser un oscilloscope bicourbe. Calculer la quantité d’électricité transportée par un courant continu d’in- tensité I pendant une durée t: Q= I.t. Reconnaître une tension variable alter- native. Reconnaître une tension en créneaux Utiliser les conventions récepteur et générateur. Appliquer la loi d’Ohm pour un résistor et pour un générateur. Appliquer la loi des mailles. SAVOIR Réaliser la charge et la décharge d’un condensateur. Reconnaitre que l’intensité i du courant électrique est une grandeur algébrique. Déterminer à l’aide de la courbe de charge d’un condensateur, la valeur de la capacité C. Déterminer graphiquement la constante de temps = RC d’un dipôle RC. Établir l’équation différentielle régissant, au cours du phéno- mène de charge d’un condensateur : - la charge instantanée q(t) du condensateur, - la tension u(t) à ses bornes, - l’intensité i(t) du courant transitoire parcourant le circuit. Calculer l’énergie emmagasinée par un condensateur. SAVOIR FAIRE 10 Evolution de systèmes électriques Le condensateur ; le dipôle RC Objectifs Prérequis Objectifs visés par le traitement du chapitre Connaissances déclaratives (définitions, concepts, modèles, lois...) Prérequis indispen- sables à l’étude du chapitre, en termes de connaissances spécifiques aux sciences physiques Connaissances procédurales (capacités d’utiliser des connaissances déclarati- ves dans des situations particulières du domaine théorique et du domaine expé- rimental) Photographie illustrant le chapitre Intitulé du chapitre à étudier Stimuli sous forme de questionne- ments tirés du vécu quotidien Sous chaque touche de certains claviers se trouve un condensateur dont la capacité varie lors de la frappe. La variation des grandeurs électriques qui en découle est détectée par une puce. Pour l’emission et la récep- tion radio, on utilise des cir- cuits électriques oscillants. 8 Grâce à une bobine inductive, on peut amplifier le volume sonore d’un combiné téléphonique ÉVOLUTION DE 8 Lors d'un enregistrement ou une reproduction sonore, l'equaliseur d'une chaîne HIFI permet un réglage fin des fréquences grâce à des circuits appropriés appelés filtres. SOMMAIRE 1- Le condensateur; le dipôle RC. 2- La bobine, le dipôle RL. 3- Oscillations électriques libres. 4- Oscillations électriques entretenues. 5- Oscillations forcées en régimes sinusoïdal. 6- Généralités sur les filtres. 7- Exemples de filtres. 8- Production de signaux non sinusoïdaux. 9- Conversion de signaux. 10- Ondes mécaniques progressives. 11- Interactions onde-matière. 12- Généralités sur la transmission des signaux. 13 - Modulation et démodulation des signaux. SYSTÈMES ÉLECTRIQUES Le caméscope numérique est muni d'un convertisseur analo- gique numérique (CAN) pour filmer et d'un convertisseur numérique analogique (CNA) pour visionner ce qui est filmé. Intitulé du thème à étudier Photographies illus- trant le thème 7 Contenu scientifique du chapitre traité Evaluation et consolidation des acquis Approfondissement En fin de chapitre : Rubrique “Fiche technique” : complément d'aspect pratique Rubrique intitulée “En savoir plus” : sujet de lecture pouvant intéresser les élèves par son originalité et le sens qu'il ajoute à l’étude faite et à ses applications A la fin du livre : Réponses aux questions des exercices proposés Références intéressantes (Adresse de sites web ayant trait au thème). Manipulation réalisable dans une séance de cours ou de travaux pratiques Questions sur la manipulation Enoncé du concept physique dégagé par l’étude expérimentale Exercice proposé avec une solution détaillée en vue d’entraîner à la résolution scientifique d’un problème Evolution de systèmes électriques Le condensateur ; le dipôle RC 31 Interêt pratique de la constante de temps La tension uC aux bornes du condensateur, étant donnée par l’expression uC(t) = E (1-e-t/) pendant la charge et par l’ex- pression uC(t) = E e-t/ pendant la décharge, atteint respective- ment les valeurs uC = E et uC = 0 au bout des durées t infinies respectivement de charge et de décharge, ce qui n’est pas phy- siquement pratique. On admet alors que le condensateur est complètement chargé ou déchargé quand la différence relative entre la valeur attein- te par uC et la valeue asymptotique E (pour la charge) ou zéro (pour la décharge) ne dépasse pas uploads/Litterature/ physique-pdf.pdf