STRUCTURE DU MANUEL QUANTUM

Le manuel Quantum est composé de cinq sections appelées « module » dont le deuxième traite des notions préalables à la mécanique, divisé en trois chapitres. Pour chacun d’eux, une section appelée « rappel » présente les savoirs essentiels suivis d’une série d’énoncés de problème (contexte réaliste ou visant plutôt la représentation des forces en jeu à l’aide de vecteurs). Une dernière section appelée « Consolidation » présente une seconde série d’énoncés en guise de révision des savoirs proposés dans l’ensemble du chapitre. Voici la structure des trois chapitres composant le deuxième module sur la révision des notions préalables.

Tableau 10: Contenu de la révision des notions préalables du manuel Quantum

Chapitre Contenu Détails sur le contenu

Chapitre 6 Les systèmes

de référence

L’utilité d’un système de référence Description et représentation de mouvement sur un système de référence.

Les systèmes de référence galiléens Définition de référence géocentrique et héliocentrique.

Les systèmes de coordonnées

Description et distinction entre le système de coordonnées cartésiennes (x,y) et polaires(r, θ). Méthode pour passer d’une forme à l’autre.

Travail à compléter 13 énoncés.

Consolidation 3 énoncés. Chapitre 7 Les grandeurs et les unités

Grandeur, mesure et unité de mesure

Définition de chaque terme (grandeur, mesure et unité de mesure). Présentation des unités de base selon différentes grandeurs distinctes (par exemple, le mètre pour mesurer une distance ou le m/s pour mesurer la vitesse).

Le système international d’unités Définition d’un mètre, d’un kilogramme et d’une seconde.

Les étalons fondamentaux des unités de base de la mécanique

Présentation des unités de base utilisées en mécanique selon différentes grandeurs distinctes. Les unités dérivées du système

international Préfixes et symboles de différentes multiples et sous-multiples des unités du SI (m, cm, mm). Les multiples et les sous-multiples

des unités

Grandeur scalaire et vectorielle Définition et distinction d’une grandeur scalaire et d’une grandeur vectorielle.

Travail à compléter 13 énoncés.

Chapitre 8 Les vecteurs

Les propriétés des vecteurs

Rappel de la distinction entre les deux types de grandeurs (scalaire et vectorielle). Méthode de la recherche des composantes d’un vecteur. Calcul de la norme et de l’orientation.

L’addition de vecteurs Méthodes géométrique et algébrique pour additionner deux vecteurs.

La soustraction de vecteur Méthode algébrique pour soustraire deux vecteurs. La multiplication d’un vecteur par un

nombre

Méthode algébrique pour multiplier un vecteur par un scalaire.

Travail à compléter 18 énoncés.

Consolidation 5 énoncés.

Dans le cadre de cette étude, seulement le chapitre 8 a été retenu, car il traite des différentes dimensions de la notion de vecteur exposées dans le chapitre précédent. La série d’énoncés de consolidation n’a pas été retenue, car on s’intéresse à l’introduction de la notion de vecteur.

Pour la partie qui traite de la mécanique en physique, les sections retenues du manuel où la notion de vecteur est mobilisée sont présentées dans le tableau suivant. Pour l’ensemble de ces six chapitres, une première partie présente un rappel des savoirs importants30. Elle est suivie d’une série d’énoncés de problèmes.

Tableau 11: Contenu des chapitres de la mécanique retenus du manuel Quantum

Chapitre Contenu Détails sur le contenu

Chapitre 11 Le mouvement

des projectiles

La description du mouvement des projectiles

Rappeldes concepts et des équations du MRU et du MRUA.

Le mouvement des objets lancés horizontalement

Description du mouvement de projectiles où la vitesse initiale verticale est nulle.

Le mouvement des objets lancés obliquement

Description du mouvement de projectiles où la vitesse initiale doit être analysée selon ses dimensions verticale et horizontale de façon indépendante.

Travail à compléter 26 énoncés.

Consolidation 7 énoncés.

Chapitre 12 La notion de force Description d’une force et son unité de mesure.

30 _{Pour ce cahier d’activités, contrairement au manuel de physique précédent, l’élève doit avoir son manuel}

Les différents types de forces

La force gravitationnelle

Définition de la loi de la gravitation universelle. Description de la relation entre la force

gravitationnelle, la masse et l’accélération gravitationnelle.

La force normale Définition de la force normale. La force de frottement

Définition et distinction entre le frottement statique et cinétique. Relation entre la force de frottement, son coefficient de frottement et la force normale. La tension Définition de la tension dans une corde.

La force centripète

Définition de la force centripète. Relation entre celle-ci, le rayon de rotation, la masse et la vitesse de l’objet.

Travail à compléter 28 énoncés.

Consolidation 11 énoncés.

Chapitre 13 Les corps

soumis à plusieurs forces

Le diagramme de corps libre Définition d’un diagramme de corps libre. La résultante de plusieurs forces

Définition de la force résultante. Présentation des techniques géométrique et algébrique pour déterminer la force résultante.

L’équilibre Définition et description de l’état d’équilibre. Définition de la force équilibrante. Décomposition en composantes des forces sur un plan incliné.

Travail à compléter 19 énoncés.

Consolidation 3 énoncés.

Chapitre 14 Les lois de

Newton

La première loi de Newton et l’inertie

Description du principe de l’inertie.

La notion de force et la deuxième loi de Newton

Relation entre la force résultante, la masse et l’accélération d’un objet. Rappel de leurs unités respectives de mesure. Présentation d’étapes de résolution d’un problème de dynamique. La troisième loi de Newton Définition du principe d’action-réaction.

Travail à compléter 42 énoncés.

Consolidation 4 énoncés. Chapitre 15 Le travail et la puissance mécanique Le travail

Relation entre le travail effectué par une force, la grandeur de cette force et son déplacement. Unités de mesure et description de cas particuliers (travail maximal, nul, moteur et résistant).

La puissance mécanique Relation entre la puissance mécanique, le travail et le temps, unités de mesure.

Travail à compléter 23 énoncés.

Consolidation 7 énoncés.

Chapitre 17 L’énergie potentielle élastique

Le comportement des ressorts hélicoïdaux contraints

Définition d’un ressort et présentation des types de ressort. Relation entre la force de rappel, sa constante de rappel et la longueur de l’étirement ou de la compression du ressort.

L’énergie emmagasinée dans un ressort

Relation entre le travail de la force, sa constante de rappel et la longueur de l’étirement ou de la compression du ressort.

Travail à compléter 22 énoncés.

Dans le tableau précédent, des sections n’ont pas été retenues pour l’étude dont celle du mouvement rectiligne uniforme et du mouvement rectiligne uniformément accéléré de même que la partie sur l’inertie, le calcul de la puissance mécanique, et ce, pour les mêmes raisons que le manuel précédent. De plus, pour diminuer l’envergure de ce travail, la série d’énoncés de consolidation n’a pas été retenue.