Catégorie : Physique PC 2021-2022

Programme de colles de la semaine 21 du 28/02 au 04/03

– Électromagnétisme 2 : Électrostatique (exercices) → EM2_plan

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

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

– Induction électromagnétique : révisions de première année (exercices)

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

• EM3 : Citer les équations postulats de la magnétostatique (forme locale et intégrale).
• EM3 : Analyser une carte de champ fournie.
• 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.
• 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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Pour mercredi 02/03 : EM4 : bien travailler l’ex 3, ex 5 et 7

Travaux pratiques

TP Interféromètre de Michelson (1/2)

Cours

Électromagnétisme 3 : Magnétostatique (→ fin)

Électromagnétisme 4 : Équations de Maxwell (→ fin)

Travail à faire

Pour mercredi :

Pour jeudi :

Pour vendredi : finir ex 3 de EM4, EM3 pb n°1

Travaux dirigés

TD EM4

Programme de colles de la semaine 20 du 21/02 au 25/02

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

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

– Électromagnétisme 3 : Magnétostatique (cours et exercices, jusqu’au paragraphe III inclus) → 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. En déduire l’expression de sa capacité.
  
• EM2 : Établir l’expression du champ électrostatique créé en tout point de l’espace par une des distributions « classiques » suivantes : boule ou sphère / cylindre plein ou creux uniformément chargés.
• EM2 : Modèle de noyau atomique : établir l’énergie de constitution du noyau à un préfacteur numérique près, par analyse dimensionnelle.
• EM2 : Faire l’analogie avec le champ gravitationnel, et déterminer le champ gravitationnel créé par un astre sphérique plein, en tout point de l’espace
• EM2 : Établir l’expression du potentiel dans tout l’espace associé à un dipôle électrostatique.
• EM2 : Déterminer la polarisabilité d’un atome en utilisant le modèle de Thomson
• 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.

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Travaux pratiques

TP Interféromètre de Michelson (1/2)

Cours

Électromagnétisme 2 : Électrostatique (→ fin)

Électromagnétisme 3 : Magnétostatique (→ IV.2)

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

Travail à faire

Pour mercredi :

Pour jeudi :

Pour vendredi :

Travaux dirigés

TD EM3

Programme de colles de la semaine 19 du 31/01 au 04/02

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

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

– Électromagnétisme 2 : Électrostatique (cours – voir ci-dessous – et exercices, MAIS uniquement sur les paragraphes I à IV inclus) → 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 (sous forme locale) et démontrer les formes intégrales
• 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. Bonus : en déduire l’expression de sa capacité.
  
• 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 : Faire l’analogie avec le champ gravitationnel, et déterminer le champ gravitationnel créé par un astre sphérique plein, en tout point de l’espace
• 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 (au minimum) pour cette semaine de colles sont : ex 1,3,4,6,8

– pour mercredi 2/02 : EM2 ex 7, 9 et 10

Travaux pratiques

TP Fentes d’Young et réseaux

Cours

Électromagnétisme 2 : Électrostatique (→ VI.1)

Pour compléter les chapitres :

Simulations de champs dipolaires à petite et grande distance (cliquer pour faire apparaître le champ E ; observer sa norme, sa direction et son orientation)

http://ressources.univ-lemans.fr/AccesLibre/UM/Pedago/physique/02/electri/dipole1.html

http://ressources.univ-lemans.fr/AccesLibre/UM/Pedago/physique/02/electri/dipolegd.html

Travail à faire

Pour mercredi : EM1 effet Hall et ex 6

Pour jeudi : EM2 ex 3 et 4

Pour vendredi : EM2 ex 6 à finir, et ex 8

Travaux dirigés

TD EM2

Programme de colles de la semaine 18 du 24/01 au 28/01

– 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

– Électromagnétisme 2 : Électrostatique (cours uniquement, une seule question possible, voir ci-dessous) → EM2_plan

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

• 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)
• 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.
• EM2 : Citer les équations postulats de l’électrostatique (sous forme locale) et démontrer les formes intégrales

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A l’attention des étudiants :

– Pour mercredi 27/01 : EM1 ex 6 ; et EM1 : lire et comprendre les raisonnements de l’approche documentaire sur l’effet Hall (refaire les calculs par exemple).

Travaux pratiques

TP Fentes d’Young et réseaux

Cours

Électromagnétisme 1 : Sources du champ magnétique (→ fin)

Électromagnétisme 2 : Électrostatique (→ II.2)

Pour compléter les chapitres :

– particules élémentaires et interactions fondamentales (à partir de 2:05) :

 

Travail à faire

Pour mercredi : O4 pb n°2 et O5 ex 2 et 4

Pour jeudi : O5 ex 5 et 6

Pour vendredi : EM1 finir ex 3, faire ex 5

Travaux dirigés

TD EM1

Toute l’optique de première et deuxième année.

Programme de colles de la semaine 17 du 17/01 au 21/01

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

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

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

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

• O3 – Montage des trous d’Young : établir l’expression de la différence de marche en précisant les approximations faites.
• O3 – Ajout d’une lame sur le trajet d’un des rayons : exprimer la différence d’ordre d’interférences Δp (sans / avec la lame), et en déduire la modification de la figure d’interférences.
• O3 – Trous d’Young éclairés en lumière blanche : décrire et interpréter qualitativement (schémas !) les observations (Voc. à utiliser notamment : blanc d’ordre 0, teintes de Newton, blanc d’ordre supérieur, cannelures, spectre cannelé)
• O3 – Schématiser le montage de Fraunhofer pour 2 trous d’Young ; mettre en évidence sur le schéma puis exprimer la différence de marche en fonction soit des angles, soit des positions de la source et du point M sur l’écran.
• 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 mercredi 20/01 : O4  pb n°2 ; O5 ex 2 et 4

Travaux pratiques

TP focométrie des lentilles minces (2h) + TP modélisation d’une lunette astronomique (2h)

Cours

Optique 4 : L’interféromètre de Michelson (→ fin)

Optique 5 : Notions sur la diffraction (→ fin)

Électromagnétisme 1 : Sources du champ magnétique (→ II.2)

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)

 

Travail à faire

Pour mercredi : O4 ex 1 question 2, ex 2 et 3

Pour jeudi : O4 ex 4 et 6

Pour vendredi : O4 pb n°1

Travaux dirigés

TD O4, début TD O5

Programme de colles de la semaine 16 du 10/01 au 14/01

– Optique 1 : Modèle scalaire des ondes lumineuses (exercices) → O1_plan

– Optique 2 : Superposition de deux ondes lumineuses (cours et exercices) → O2_plan

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

– Optique 4 : L’interféromètre de Michelson (cours seulement, une seule question possible, voir ci-dessous) → O4_plan

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

• O2 – Citer les 3 critères de cohérence, et démontrer la formule de Fresnel (en complexe ou non) en les supposant validés.
• O2 – Interférences à N ondes : utiliser la construction de Fresnel pour établir la condition d’interférences constructives et la demi-largeur 2π/N des franges brillantes.
• O3 – Montage des trous d’Young : établir l’expression de la différence de marche en précisant les approximations faites.
• O3 – Ajout d’une lame sur le trajet d’un des rayons : exprimer la différence d’ordre d’interférences Δp (sans / avec la lame), et en déduire la modification de la figure d’interférences.
• O3 – Trous d’Young éclairés en lumière blanche : décrire et interpréter qualitativement (schémas !) les observations (Voc. à utiliser notamment : blanc d’ordre 0, teintes de Newton, blanc d’ordre supérieur, cannelures, spectre cannelé)
• O3 – Schématiser le montage de Fraunhofer pour 2 trous d’Young ; mettre en évidence sur le schéma puis exprimer la différence de marche en fonction soit des angles, soit des positions de la source et du point M sur l’écran.
• 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.

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A l’attention des étudiants :

– Pour mercredi 12/01 : O4 ex 1 question 2 ; ex 2 et 3.

Travaux pratiques

TP focométrie des lentilles minces (2h) + TP modélisation d’une lunette astronomique (2h)

Cours

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

Optique 4 : L’interféromètre de Michelson (→ II.3)

Pour compléter les chapitres :

– Brouillage des franges d’interférences pour les trous d’Young avec deux sources ponctuelles : voir la simulation suivante page 11/15 (télécharger d’abord le pdf)

diapoOPC3-1-201710121649

– article de 2016 sur l’observation des ondes gravitationnelles issues de la fusion de deux trous noirs (plus pour que vous voyiez la forme de ce type d’article : notez qu’avec le nombre de contributeurs, c’est très intéressant d’avoir un nom de famille qui commence par « Abb »… ; notez sur les graphes le très bon accord entre les observations et la théorie de la relativité générale) : PhysRevLett.116.061102

– à mettre en lien avec la simulation suivante (35 s) :

– conférence de presse (1h11min) à l’annonce de cette découverte extraordinaire. Notez la grande émotion de l’astrophysicienne France Cordova à 0:00, puis du physicien théoricien Kip Thorne qui a travaillé pendant 30 ans sur ce projet (31:08). L’annonce se fait 4:00. Des explications scientifiques sont distillées dans le reste de la conférence de presse.

– version vulgarisée en 9 min :

– Simulation de l’interféromètre de Michelson :

http://ressources.univ-lemans.fr/AccesLibre/UM/Pedago/physique/02/optiondu/michelson.html

– de manière générale, on conseille vivement les simulations d’optique de ce site :

http://ressources.univ-lemans.fr/AccesLibre/UM/Pedago/physique/02/

Travail à faire

Pour mercredi : (DM à rendre en fin de semaine)

Pour jeudi : O3 ex 4 à finir, ex 5

Pour vendredi : O3 ex 6 finir le 8

Travaux dirigés

TD O3

• Barème du DS n°4 : e3a/CCINP ici ; Centrale là
  
• Programme du DS d’informatique de la rentrée : cours et TD/TP sur la résolution numérique d’équations aux dérivées partielles
• Suggestions de travail à effectuer pendant les vacances (remarque : vous ne pourrez pas tout faire, ciblez vos besoins prioritaires, puis planifiez votre travail) :

– Reprendre les cours : revoir les points non compris / difficiles ; relire ses fiches / rédiger les fiches manquantes.

– Refaire quelques exercices ciblés pour les chapitres qui posent problème en priorité. Aborder éventuellement des exercices un peu plus difficiles ou des résolutions de problème en autonomie, en s’aidant de la correction.

– reprendre les devoirs surveillés : refaire les questions non réussies et faire les questions non abordées.

– faire le DM de physique (à rendre le vendredi 07/01)

Programme de colles de la semaine 15 du 03/01 au 07/01

– Optique 0 : révisions du programme d’optique géométrique de première année (exercices)

– Optique 1 : Modèle scalaire des ondes lumineuses (cours et exercices) → O1_plan

– Optique 2 : Superposition de deux ondes lumineuses (cours et exercices) → O2_plan

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

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

• O1 – Citer le théorème de Malus. Montrer à l’aide de schémas, explications à l’appui, qu’une lentille convergente peut transformer une onde sphérique en onde plane et inversement.
• O1 – Pour deux rayons issus d’un même point source S et se rejoignant en un point M, établir le lien entre la différence des retards de phase (Δφ) et la différence de marche δ (en lumière monochromatique).
• O1 – Expliciter le modèle des trains d’onde. Définir le temps de cohérence et la longueur de cohérence. Donner des ODG de longueurs de cohérence.
• O1 – Établir le lien entre largeur spectrale en fréquence et largeur spectrale en longueur d’onde. A.N.
• O2 – Citer les 3 critères de cohérence, et démontrer la formule de Fresnel (en complexe ou non) en les supposant validés.
• O2 – Interférences à N ondes : utiliser la construction de Fresnel pour établir la condition d’interférences constructives et la demi-largeur 2π/N des franges brillantes.
• O3 – Montage des trous d’Young : établir l’expression de la différence de marche en précisant les approximations faites.
• O3 – Ajout d’une lame sur le trajet d’un des rayons : exprimer la différence d’ordre d’interférences Δp (sans / avec la lame), et en déduire la modification de la figure d’interférences.

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– Pour mercredi 05/01 :

Travaux pratiques

TP Mesure de viscosité et de tension superficielle

Cours

Optique 2: Superposition de deux ondes lumineuses (→ fin)

Optique 3 : Étude de diviseurs du front d’onde (→ II.2)

Pour compléter les chapitres (oh chouette !) :

– simulation sur les fentes d’Young (testez l’effet des différents paramètres !) :

http://scphysiques.free.fr/TS/physiqueTS/young.swf

– autre simulation, dans laquelle on comprend bien l’émergence de la figure d’interférences (mettre la distance source – écran à 1,40 m pour pouvoir observer les deux sources ; et cliquer notamment sur « franges ») :

http://www.sciences.univ-nantes.fr/sites/genevieve_tulloue/Ondes/lumiere/interference_lumiere.php

– mettre ces deux simulations en lien avec la vidéo de Derek Muller (chaîne Youtube Veritasium, 7min39) :

Travail à faire

Pour mercredi : O2 ex 3 et 6

Pour jeudi : O2 ex 7

Pour vendredi : O3 ex 2 et 3

Travaux dirigés

TD O3

Semaine 14 du 13/12 au 17/12 : pas de colles

Néanmoins, pour les étudiants, voici les questions de cours à travailler:

• O0 – Citer les lois de Snell-Descartes et établir la condition de réflexion totale sur un dioptre
• O0 – Établir la condition D>=4f’ pour former l’image réelle d’un objet réel par une lentille convergente
• O0 – Modèle de l’œil ; ODG de la limite de résolution angulaire et de la plage d’accommodation
• O1 – Citer le théorème de Malus. Montrer à l’aide de schémas, explications à l’appui, qu’une lentille convergente peut transformer une onde sphérique en onde plane et inversement.
• O1 – Pour deux rayons issus d’un même point source S et se rejoignant en un point M, établir le lien entre la différence des retards de phase (Δφ) et la différence de marche δ (en lumière monochromatique).
• O1 – Expliciter le modèle des trains d’onde. Définir le temps de cohérence et la longueur de cohérence. Donner des ODG de longueurs de cohérence.
• O1 – Établir le lien entre largeur spectrale en fréquence et largeur spectrale en longueur d’onde. A.N.
• O2 – Citer les 3 critères de cohérence, et démontrer la formule de Fresnel (en complexe ou non) en les supposant validés.

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– Pour mercredi 15/12 : O2 ex 3 et 6

Travaux pratiques

TP Mesure de viscosité et de tension superficielle

Cours

Optique 2: Superposition de deux ondes lumineuses (→ V.1)

Pour compléter les chapitres (oh chouette !) :

– simulation sur les fentes d’Young (testez l’effet des différents paramètres !) :

http://scphysiques.free.fr/TS/physiqueTS/young.swf

– autre simulation, dans laquelle on comprend bien l’émergence de la figure d’interférences (mettre la distance source – écran à 1,40 m pour pouvoir observer les deux sources ; et cliquer notamment sur « franges ») :

http://www.sciences.univ-nantes.fr/sites/genevieve_tulloue/Ondes/lumiere/interference_lumiere.php

– mettre ces deux simulations en lien avec la vidéo de Derek Muller (chaîne Youtube Veritasium, 7min39) :

Travail à faire

Pour mercredi : O1 ex 3 et 4

Pour jeudi : O1 ex 5 et 6

Pour vendredi : O1 ex 7 et 8

Travaux dirigés

TD O2