Catégorie : Physique PC 2019-2020

Programme d’auto-colles de la semaine 25 du 30/03 au 03/04

– Ondes 1 : Ondes mécaniques unidimensionnelles dans les solides déformables (exercices) → Od1_plan

– Ondes 2 : Ondes acoustiques dans les fluides (cours et exercices) → Od2_plan

– Ondes 3 : Ondes électromagnétiques dans le vide (cours et exercices) → Od3_plan

– Ondes 4 : Ondes électromagnétiques dans quelques milieux matériels (3 questions de cours uniquement, voir ci-dessous) → Od4_plan

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A l’attention de vous-mêmes, suggestions de questions de cours :

• Od2 : Établir l’équation de propagation de la surpression en linéarisant puis combinant les 3 équations locales (hypothèses et approximations à citer)
• Od2 : Définir l’impédance acoustique par analogie avec l’électrocinétique. Donner son unité. BONUS : établir l’expression de l’impédance acoustique pour une OPPH.
• Od2 : Donner les définitions et les unités des grandeurs suivantes : vecteur densité de flux de puissance acoustique (vecteur de « Poynting » acoustique) ; intensité acoustique ; niveau sonore.
• Od3 : Établir les équations de propagation des champs E et B dans le vide
• Od3 : Établir la structure des OPPH dans le vide (4 démonstrations + 4 conclusions)
• Od3 : Proposer une expression du champ électrique pour des OPPH polarisées elliptiquement, circulairement et rectilignement. Préciser pour vos exemples (démontrer si besoin) : la direction de propagation, le sens de polarisation (si pertinent) et la direction de polarisation (si pertinent).
• Od4 : OEM dans un plasma : construire une conductivité complexe (hypothèses à préciser)
• Od4 : OEM dans un plasma : établir l’équation de propagation de l’onde, puis la relation de dispersion en faisant apparaître la pulsation plasma.
• Od4 : Montrer que dans son domaine réactif, le plasma est le siège d’une onde évanescente (la relation de dispersion peut être fournie).

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Et sinon :

– pour le chapitre Od3, les exercices de base à savoir faire pour cette semaine d’auto-colles sont : ex 1 à 6

– travail pour la semaine prochaine : lire le cours Od4 jusqu’au paragraphe III.1 inclus (« cas général ») // Od4 faire les ex 1, 2 et 3

Documents pour la semaine :

Od3

– plan et capacités exigibles : Od3_plan

– cours : Od3_cours_01 Od3_cours_02

– documents de cours : Od3_doc

– [Update 26/03] FAQ sur le cours : Od3_FAQ

– exercices et corrections : Od3_ex Od3_cor

Od4

– plan et capacités exigibles : Od4_plan

– cours : Od4_cours_01 Od4_cours_02 Od4_cours_03

– documents de cours : Od4_doc

– [Update 02/04] FAQ sur le cours : Od4_FAQ

– exercices et corrections : Od4_ex Od4_ex_cor_01 Od4_ex_cor_02

Travail de la semaine :

– Pour mardi : lire le cours Od3 jusqu’au paragraphe III.2 inclus (« polarisation elliptique ») // Od2 faire les ex 5 et 6

– Pour mercredi : Finir de lire le cours Od3 // Od3 faire les exercices 1 et 2 // Pour les plus à l’aise : Od2 ex 7 (*)

– Pour jeudi : lire le cours Od4 jusqu’au paragraphe I.3.a inclus // Od3 faire les ex 5 et 6

– Pour vendredi :lire le cours Od4 jusqu’à la fin du paragraphe I // Od3 faire les ex 3 et 4

Ressources supplémentaires :

1. Structure et forme des ondes électromagnétiques dans le vide : ici

2. Visualisation d’OPPH polarisées : ici et là

3. [Update 27/03] Visualisation d’une onde évanescente (en rouge sur la vidéo) : ici. Remarque : la simulation fait référence à de la physique quantique, mais le principe est le même.

4. [Update 27/03] Vitesse de phase, de groupe, et dispersion d’un paquet d’onde : ici

5. [Update 27/03] Propagation d’un paquet d’ondes : ici

Programme d’auto-colles de la semaine 24 du 23/03 au 27/03

– Électromagnétisme 4 : Équations de Maxwell (exercices) → EM4_plan

– Ondes 1 : Ondes mécaniques unidimensionnelles dans les solides déformables (cours et exercices) → Od1_plan

– Ondes 2 : Ondes acoustiques dans les fluides (cours et exercices) → Od2_plan

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A l’attention de vous-mêmes, suggestions de questions de cours :

• Od1 : Établir l’équation d’onde pour des ondes transversales sur une corde vibrante (hypothèses et approximations à citer)
• Od1 : Établir l’équation d’onde pour des ondes longitudinales dans une tige solide (hypothèses et approximations à citer)
• Od1 : Citer l’équation de d’Alembert. Donner l’expression de la célérité en fonction des paramètres de « raideur » et « d’inertie » du milieu. Donner la forme des solutions à privilégier en milieu illimité ou limité (ou semi-limité), en précisant à chaque fois les expressions en OPH ou OSH, puis les expressions plus générales.
• Od2 : Établir l’équation de propagation de la surpression en linéarisant puis combinant les 3 équations locales (hypothèses et approximations à citer)
• Od2 : Définir l’impédance acoustique par analogie avec l’électrocinétique. Donner son unité. BONUS : établir l’expression de l’impédance acoustique pour une OPPH.
• Od2 : Donner les définitions et les unités des grandeurs suivantes : vecteur densité de flux de puissance acoustique (vecteur de « Poynting » acoustique) ; intensité acoustique ; niveau sonore.

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Et sinon :

– pour le chapitre Od2, les exercices de base à savoir faire pour cette semaine d’auto-colles sont : ex 1, 2, 3, 4 et 5

– travail pour la semaine prochaine : lire le cours Od3 jusqu’au paragraphe III.2 inclus (« polarisation elliptique ») // Od2 faire les ex 5 et 6

Classe virtuelle de physique PC :

https://eu.bbcollab.com/collab/ui/session/guest/

suivi de b2df1c96f3f943ee9fbee9be0ea7cc49

Documents pour la semaine :

Od1

– exercices et correction : Od1_ex Od1_cor

Od2

– plan et capacités exigibles : Od2_plan

– cours : Od2_cours_01 Od2_cours_02 Od2_cours_03

– documents de cours  : Od2_doc

– [Update 19/03] FAQ sur le cours  : Od2_FAQ

– exercices et corrections : Od2_ex Od2_cor

Travail de la semaine :

– Pour mardi : lire le cours Od2 jusqu’au paragraphe II.2 inclus (« relation de dispersion »). Prendre des notes, préparer des questions, essayer de refaire les démonstrations au brouillon.

– Pour mercredi : lire le cours Od2 jusqu’au paragraphe III.4 inclus // Od1 ex 7 et Od2 ex 1.

– Pour jeudi :lire le cours Od2 jusqu’au paragraphe V.2 inclus // Faire les exercices 2 et 3 de Od2.

– Pour vendredi : regarder la vidéo 3.ici sur Youtube (lien ci-dessous, durée 3 min) // Od2 ex 4 // Finir de lire le cours du chapitre Od2.

Ressources supplémentaires :

1. [Update 18/03] simulation de la propagation d’ondes (les ondes sonores sont de type longitudinales !) : ici

2. bases du cours d’acoustique dans les fluides : E-learning physique

3. [Update 18/03] application classique : tuyaux sonores (instruments à vent) : ici et là

Programme de colles de la semaine 23 du 16/03 au 20/03

– Électromagnétisme 3 : Magnétostatique (exercices) → EM3_plan

– Électromagnétisme 4 : Équations de Maxwell (cours et exercices) → EM4_plan

– Induction électromagnétique (exercices) → révisions de première année

– Ondes 1 : Ondes mécaniques unidimensionnelles dans les solides déformables (cours et exercices simples ou guidés)→ Od1_plan

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A l’attention des interrogateurs, suggestions de questions de cours :

• EM4 : Écrire les équations de Maxwell et démontrer les formes intégrales.
• EM4 : Aspect énergétique : établir l’équation locale de Poynting en faisant apparaître le vecteur de Poynting et la densité volumique d’énergie électromagnétique. Donner une interprétation du vecteur de Poynting.
• EM4 : Établir les équations de propagation des champs E et B dans le vide et interpréter la signification de c.
• EM4 : Par une analyse en ODG, déterminer comment se simplifie l’équation de Maxwell-Ampère dans l’ARQS « magnétique ».
• Od1 : Établir l’équation d’onde pour des ondes transversales sur une corde vibrante (hypothèses et approximations à citer)
• Od1 : Établir l’équation d’onde pour des ondes longitudinales dans une tige solide (hypothèses et approximations à citer)

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A l’attention des étudiants :

– pour le chapitre Od1, les exercices de base à savoir faire pour cette semaine de colles sont : ex 1, 2, 3, 4 et 5

– travail pour la semaine prochaine : EM4 pb n°1 ; Od1 finir l’ex 5 et faire l’ex 6

Travaux pratiques

TP Michelson 2/2

Cours

Ondes 1 : Ondes mécaniques unidimensionnelles dans les solides déformables (→ fin)

Pour compléter le cours :

– visualisation de la superposition de deux ondes progressives donnant une onde stationnaire :

http://www.sciences.univ-nantes.fr/sites/genevieve_tulloue/Ondes/ondes_stationnaires/stationnaires.php

– sur les séismes (et pour avancer dans le problème 2 du chapitre Od1), vidéo de la chaîne Youtube Numberphile :

Travail à faire

Pour mercredi :cf mail

Pour jeudi : EM4 ex 6, Od1 ex 2 et 3

Pour vendredi :

Travaux dirigés

TD EM4 et Od1

Correction

Programme de colles de la semaine 22 du 09/03 au 13/03

– Électromagnétisme 2 : Électrostatique (exercices) → EM2_plan

– Électromagnétisme 3 : Magnétostatique (cours et exercices) → EM3_plan

– Électromagnétisme 4 : Équations de Maxwell (cours et exercices simples ou guidés) → EM4_plan

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A l’attention des interrogateurs, suggestions de questions de cours :

• EM3 : Établir l’expression du champ magnétostatique créé en tout point de l’espace par une des distributions de courant « classiques » suivantes : fil, câble.
• EM3 : Établir l’expression du champ magnétostatique créé à l’intérieur d’un solénoïde long en négligeant les effets de bord (en admettant que le champ extérieur soit nul). Établir ensuite les expressions de l’inductance propre et de l’énergie de la bobine ainsi modélisée.
• EM3 : En utilisant un modèle planétaire, établir le lien entre moment magnétique et moment cinétique de l’atome d’hydrogène.
• EM3 : Établir l’expression en ODG (sans le facteur 1/2) du magnéton de Bohr par analyse dimensionnelle. On pourra si besoin donner l’expression à retrouver.
• EM4 : Écrire les équations de Maxwell et démontrer les formes intégrales.
• EM4 : Aspect énergétique : établir l’équation locale de Poynting en faisant apparaître le vecteur de Poynting et la densité volumique d’énergie électromagnétique. Donner une interprétation du vecteur de Poynting.
• EM4 : Établir les équations de propagation des champs E et B dans le vide et interpréter la signification de c.
• EM4 : Par une analyse en ODG, déterminer comment se simplifie l’équation de Maxwell-Ampère dans l’ARQS « magnétique ».

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A l’attention des étudiants :

– pour le chapitre EM4, les exercices à savoir faire pour cette semaine de colles sont : ex 1, 2 et 3

– travail pour la semaine prochaine : cf mail

Travaux pratiques

TP Michelson 2/2

Cours

Électromagnétisme 4 : Magnétostatique (→ fin)

Ondes 1 : Ondes mécaniques unidimensionnelles dans les solides déformables (→ II.1)

Pour compléter le cours :

– Simulation des ondes transversales sur une corde :

https://phet.colorado.edu/sims/html/wave-on-a-string/latest/wave-on-a-string_fr.html

– très bonne vidéo de David Louapre (« science étonnante ») sur la structure interne de la Terre (durée 15 min ; séismes à partir de 11 min, à regarder !)

Plan(s) du (des) chapitre(s) ; capacités exigibles ; documents de cours :

Travail à faire

Pour mercredi : EM3 ex 8 et pb n°1

Pour jeudi : EM4 ex 1 et 2

Pour vendredi :

Travaux dirigés

TD EM4

Correction

Programme de colles de la semaine 21 du 02/03 au 06/03

– Électromagnétisme 1 : Sources du champ électromagnétique (exercices)→ EM1_plan

– Électromagnétisme 2 : Électrostatique (cours et exercices) → EM2_plan

– Électromagnétisme 3 : Magnétostatique (cours et exercices) → EM3_plan

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A l’attention des interrogateurs, suggestions de questions de cours :

• EM2 / EM3 : Citer les équations postulats de l’électrostatique et de la magnétostatique (forme locale et intégrale).
• EM2 / EM3 : Analyser une carte de champ fournie.
• EM2 : Établir l’expression du champ électrostatique créé en tout point de l’espace par un plan infini puis par un condensateur plan en négligeant les effets de bord.
• EM2 : Établir l’expression du champ électrostatique créé en tout point de l’espace par une des distributions « classiques » suivantes : boule / sphère / cylindre plein uniformément chargé.
• EM2 : Établir l’expression du potentiel dans tout l’espace associé à un dipôle électrostatique.
• EM3 : Établir l’expression du champ magnétostatique créé en tout point de l’espace par une des distributions de courant « classiques » suivantes : fil, câble.
• EM3 : Établir l’expression du champ magnétostatique créé à l’intérieur d’un solénoïde long en négligeant les effets de bord (en admettant que le champ extérieur soit nul). Établir ensuite les expressions de l’inductance propre et de l’énergie de la bobine ainsi modélisée.
• EM3 : En utilisant un modèle planétaire, établir le lien entre moment magnétique et moment cinétique de l’atome d’hydrogène.
• EM3 : Établir l’expression en ODG (sans le facteur 1/2) du magnéton de Bohr par analyse dimensionnelle. On pourra si besoin donner l’expression à retrouver.

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A l’attention des étudiants :

– pour le chapitre EM3, les exercices à savoir faire pour cette semaine de colles sont : ex 1 (questions 1 et 2), ex 2, 3, 4, 5 et 7

– travail pour la rentrée : cf mail

Travaux pratiques

TP Michelson 1/2

Cours

Électromagnétisme 2 : Électrostatique (→ fin)

Électromagnétisme 3 : Magnétostatique (→ fin)

Pour compléter le cours :

– expériences de supraconductivité avec Julien Bobroff (14 min, A REGARDER ABSOLUMENT 😀 ) :

https://www.youtube.com/watch?v=QoPElDvLZjA

– à l’intérieur d’un réacteur de fusion thermonucléaire :

https://www.youtube.com/watch?v=IhHsOwLdCu4

– Aperçu du projet ITER :

https://www.iter.org/fr/proj/inafewlines

Plan(s) du (des) chapitre(s) ; capacités exigibles ; documents de cours :

Travail à faire

Pour mercredi : EM2 finir ex 8, faire ex 10 ; EM2 suite faire ex 2

Pour jeudi : EM2 ex 9 et 2

Pour vendredi : EM2 suite ex 4 et EM3 ex 3

Travaux dirigés

TD EM3

Correction

Programme de colles de la semaine 20 du 10/02 au 14/02

– Optique 5 : Notions sur la diffraction (exercices) → O5_plan

– Électromagnétisme 1 : Sources du champ électromagnétique (cours et exercices)→ EM1_plan

– Électromagnétisme 2 : Électrostatique (cours à l’exclusion de la capacité 5b et exercices simples / guidés) → EM2_plan

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A l’attention des interrogateurs, suggestions de questions de cours :

• EM1 – Établir l’équation de conservation de la charge (à 1D, en géométrie cartésienne)
• EM1 – Modèle de Drude : citer les hypothèses et démontrer, à partir du modèle, la loi d’Ohm locale. Donner un critère de validité du modèle : 1/ en régime variable et 2/ en présence d’un champ magnétique
  
• EM2 : Citer les équations postulats de l’électrostatique (forme locale et intégrale)
• EM2 : Analyser une carte de champ fournie
• EM2 : Établir l’expression du champ électrostatique créé en tout point de l’espace par un plan infini puis par un condensateur plan en négligeant les effets de bord
• EM2 : Établir l’expression du champ électrostatique créé en tout point de l’espace par une des distributions « classiques » suivantes : boule / sphère / cylindre plein uniformément chargé
• EM2 : Établir l’expression du potentiel dans tout l’espace associé à un dipôle électrostatique

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A l’attention des étudiants :

– pour le chapitre EM2, les exercices à savoir faire pour cette semaine de colles sont : ex 1, 3, 4, 6 et 8

– pour mercredi 12/02 : EM2 finir ex 8, faire ex 10 ; EM2 suite faire ex 2

Travaux pratiques

TP Michelson 1/2

Cours

Électromagnétisme 2 : Électrostatique (→ VI.3)

 

Plan(s) du (des) chapitre(s) ; capacités exigibles ; documents de cours :

Travail à faire

Pour mercredi : EM2 : répondre aux questions des doc 1 et 3 ; EM1 pb n°1

Pour jeudi : EM1 ex 6 et EM2 ex 3

Pour vendredi : EM2 ex 4 et 6

Travaux dirigés

TD EM2

Correction

Programme de colles de la semaine 19 du 03/02 au 07/02

– Optique 4 : L’interféromètre de Michelson (cours et exercices) → O4_plan

– Optique 5 : Notions sur la diffraction (cours et exercices) → O5_plan

– Électromagnétisme 1 : Sources du champ électromagnétique (cours et exercices)→ EM1_plan

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A l’attention des interrogateurs, suggestions de questions de cours (rq : les capacités de O5 sont essentiellement expérimentales) :

• O4 – Établir l’expression de la différence de marche pour l’interféromètre de Michelson en configuration lame d’air, éclairé par une source spatialement étendue.
• O4 – Résumer dans un tableau, pour les deux configurations de l’interféromètre de Michelson en lame d’air / coin d’air : la définition de la configuration, la localisation des franges, la méthode d’éclairage et de projection, le nom et la nature des franges.
• O5 – Réseau unidimensionnel sinusoïdal dans les conditions de Fraunhofer : décrire les observations sur l’écran. Interpréter qualitativement à l’aide d’un schéma et d’une explication sans calcul (Ce qui est attendu : la mise en évidence de trois ondes planes, l’une associée à la valeur moyenne (fréquence spatiale sigma nulle) et les deux autres à la périodicité spatiale a du coefficient de transmission du réseau ; les vecteurs d’onde de ces ondes faisant des angles avec l’axe optique selon la relation générale sin(theta_n)=lambda*sigma_n valable pour un coef de transmission périodique)
• O5 – Expliquer à l’aide de schéma(s) le principe du filtrage optique (détramage / strioscopie)
• EM1 – Établir l’équation de conservation de la charge (à 1D, en géométrie cartésienne)
• EM1 – Modèle de Drude : citer les hypothèses et démontrer, à partir du modèle, la loi d’Ohm locale.

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A l’attention des étudiants :

– pour le chapitre EM1, les exercices à savoir faire pour cette semaine de colles sont : ex 1, 2, 3 et 5

– pour mercredi 05/02 : EM2 : répondre aux questions des doc 1 et 3 ; EM1 pb n°1 (réfléchir à une stratégie de résolution, le faire si le temps le permet)

Travaux pratiques

TP Fentes d’Young et réseaux

Cours

Électromagnétisme 1 : Sources du champ magnétique (→ fin)

Électromagnétisme 2 : Électrostatique (→ III)

 

Plan(s) du (des) chapitre(s) ; capacités exigibles ; documents de cours :

Travail à faire

Pour mercredi : O5 ex 5 (éventuellement 6) et lire l’approche descriptive de l’effet Hall (EM1)

Pour jeudi : EM1 ex 1, 2, et 3

Pour vendredi : EM1 ex 5

Travaux dirigés

TD /

Correction

Programme de colles de la semaine 18 du 27/01 au 31/01

– Optique 3 : Étude de diviseurs du front d’onde : les trous d’Young et ses généralisations (exercices) → O3_plan

– Optique 4 : L’interféromètre de Michelson (cours et exercices) → O4_plan

– Optique 5 : Notions sur la diffraction (cours et exercices) → O5_plan

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A l’attention des interrogateurs, suggestions de questions de cours (rq : les capacités de O5 sont essentiellement expérimentales) :

• O4 – Établir l’expression de la différence de marche pour l’interféromètre de Michelson en configuration lame d’air, éclairé par une source spatialement étendue.
• O4 – Résumer dans un tableau, pour les deux configurations de l’interféromètre de Michelson en lame d’air / coin d’air : la définition de la configuration, la localisation des franges, la méthode d’éclairage et de projection, le nom et la nature des franges.
• O5 – Définir : le montage de Fraunhofer pour l’étude d’un objet diffractant (une phrase + schéma) ; le plan de Fourier ; la notion de fréquence spatiale. Donner la relation entre fréquence spatiale de l’objet diffractant et l’angle de diffraction associé. A.N. éventuellement
• O5 – Réseau unidimensionnel sinusoïdal dans les conditions de Fraunhofer : décrire les observations sur l’écran. Interpréter qualitativement à l’aide d’un schéma et d’une explication sans calcul (Ce qui est attendu : la mise en évidence de trois ondes planes, l’une associée à la valeur moyenne (fréquence spatiale sigma nulle) et les deux autres à la périodicité spatiale a du coefficient de transmission du réseau ; les vecteurs d’onde de ces ondes faisant des angles avec l’axe optique selon la relation générale sin(theta_n)=lambda*sigma_n valable pour un coef de transmission périodique)
• O5 – Expliquer à l’aide de schéma(s) le principe du filtrage optique (détramage / strioscopie)

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A l’attention des étudiants :

– pour le chapitre O5, les exercices à savoir faire pour cette semaine de colles sont : ex 1, 2, 3, 4 et problème

– pour mercredi 22/01 : O5 ex 5 (éventuellement 6) et lire l’approche descriptive de l’effet Hall (EM1)

Travaux pratiques

TP Fentes d’Young et réseaux

Cours

Optique 5 : Notions sur la diffraction (→ fin)

Electromagnétisme 1 : Sources du champ magnétique (→ III.1)

Pour compléter les chapitres :

– décomposition d’un signal en créneaux en série de Fourier :

– Images issues d’un montage de strioscopie (avec un miroir parabolique), vidéos de Derek Muller (Veritasium)

Plan(s) du (des) chapitre(s) ; capacités exigibles ; documents de cours :

Travail à faire

Pour mercredi : O4 ex 6 et 7

Pour jeudi : O4 pb n°2 et O5 ex 1

Pour vendredi : O5 ex 2 et 3

Travaux dirigés

TD O5

Correction