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PROGRAMME DE COLLE DE PHYSIQUE Semaine du 19/11 au 24/11
OPTIQUE
Formation d’image (cours + exercices)
– Description sommaire de quelques systèmes optiques :
l’œil (modélisation, résolution angulaire, principaux défauts et leur correction), la loupe, le mi- croscope (calcul du grossissement commercial) et la lunette astronomique (calcul du grossissement angulaire).
Approche documentaire : l’appareil photo numérique Extrait du programme :
«Approche documentaire : en comparant des images produites par un appareil photographique numérique, discuter l’influence de la focale, de la durée d’exposition, du diaphragme sur la formation de l’image.»
Notions rencontrées dans l’approche documentaire traitée : lien entre le nombre d’ouverture et le temps d’exposition, champ angulaire et focale, détermination de la taille d’un pixel à partir des données techniques fournies, lien entre profondeur de champ et taille du diaphragme (à focale fixée et à distance de visée fixée), limite de résolution due à la diffraction.
Aspect expérimental
– Étude de quelques méthodes classiques de focométrie : Méthode de Bessel, Méthode de Sil- berman.
– Détermination de la focale d’une lentille convergente par autocollimation. Savoir justifier la méthode à l’aide d’un schéma.
ÉLECTROCINETIQUE
Lois générales de l’électrocinétique (cours)
– Notion de conducteur et de courant électrique. Intensité d’un courant.
– La charge est une grandeur conservative, conséquence : loi des nœuds en régime stationnaire.
– Approximation des régimes quasistationnaires.
– Notion de tension ou différence de potentiel.
– Lois générales des réseaux : lois de Kirchhoff (loi des nœuds et loi des mailles).
– Puissance électrocinétique fournie ou reçue par un dipôle (suivant que l’on utilise la convention générateur ou la convention récepteur). En convention récepteur P = ui représente la puissance électrique reçue et en convention générateur P =ui représente la puissance électrique fournie.
Dipôles (cours + exercices)
– Caractéristique statique d’un dipôle.
– Dipôle actif, dipôle passif.
– Dipôle symétrique, dipôle polarisé.
– Dipôle linéaire.
– Association série, association parallèle.
– Résistor : relation courant tension (attention à la convention d’orientation !) ; association série de deux résistances, généralisation à nrésistances ; association parallèle de deux résistances, géné- ralisation à n résistances ; étude énergétique ; diviseur de tension (pour deux résistances en série), diviseur de courant (pour deux résistances en parallèle).
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– Bobine idéale (attention à la convention d’orientation !) : relation courant-tension ; continuité de l’intensité ; énergie stockée dans une bobine ; bobine en régime stationnaire ; modélisation d’une bobine réelle.
– Condensateur idéal : relation courant-tension (attention à la convention d’orientation !) ; conti- nuité de la tension (ou de la charge) ; énergie stockée dans un condensateur ; condensateur en régime stationnaire ; modélisation d’un condensateur réel (résistance de fuite). calcul de résistances équi- valentes
– Dipôle actif : source de tension ; source de courant ; modèle de Thévenin d’un générateur (le modèle de Norton et l’équivalence Thévenin-Norton est hors programme. Cette équivalence a été établie dans le cours à titre indicatif).
– Loi des nœuds en terme de potentiel traitée sur un exemple (le théorème de Millman est hors programme).
– Exemple de dipôle non linéaire : diode, alimentation stabilisée.
– Point de fonctionnement : principe ; exemples : circulation du courant dans un électrolyseur, branchement d’une résistance sur une alimentation stabilisée.
– Résistance d’entrée, résistance de sortie d’un opérateur.
Circuits linéaires du premier ordre (cours) Échelon de tension, réponse indicielle
Circuit RC : réponse en tension aux bornes du condensateur.
Charge du condensateur
– analyse de la courbe uc(t) obtenue (pour la charge). Régime transitoire, régime permanent.
Quand on applique une tension constante, le régime permanent correspond à un régime stationnaire.
– équation différentielle vérifiée par uc pourt>0.
duC dt +1
τuC = 1 τE
Résolution. Étude de la courbeuc(t),uc(τ) = 0,63E, tangente à l’origine (savoir que la tangente à l’origine coupe l’asymptote uc =E pour t =τ), durée caractéristique du régime transitoire (on montre que l’écart relatif entre uc et la valeur asymptotique E est inférieur à 1% pour t > 4.6τ).
Tracé de la courbei(t).
– portrait de phase
Décharge du condensateur : analyse qualitative. Mise en équation.
Bilan énergétique de la charge et de la décharge.
Réalisation expérimentale : utilisation de la tension créneau d’un GBF.
- Choix de la fréquence (on doit vérifier que5τ 6T /2). On observe sur des simulations numériques qu’à haute fréquence où5τ T /2le signal tend, pourt >5τvers un signal périodique triangulaire de valeur moyenneE/2.
- Prise en compte de la résistance de sortieRg du GBF et prise en compte de l’association parallèle d’une résistanceR0et d’une capacitéC0à l’entrée de l’oscilloscope pour établir la nouvelle équation vérifiée par uC. On constate, en calculant le nouveau temps caractéristique τ0, que les appareils utilisés ne perturbent pas le fonctionnement du circuit tant que Rg R R0 et C0 C.
Connaître les ordre de grandeur usuels deR0,Rg etC0.
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