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Programme et compétences exigibles en physique

Les textes en rouge font partie des allègements et ne peuvent faire l'objet d'aucun exercice lors de l'épreuve du bac.

PHYSIQUE:

I.CHAMPS ET INTERACTIONS DANS L'UNIVERS

Contenus

Compétences exigibles

1. Champs et interactions.
1.1. Interaction gravitationnelle.
1.1.1. Des lois empiriques de Képler à la modélisation de Newton ; la loi de gravitation universelle. Aspects historiques (Ptolémée, Copernic, Tycho-Brahé et Képler, Galilée)
1.1.2. Champ de gravitation, champ
de pesanteur à la surface d'un corps céleste : exemples de la Terre et de la Lune.

Connaître la définition d'un référentiel galiléen.
Connaître la définition des référentiels géocentrique et héliocentrique, référentiels galiléens approchés.
Connaître la loi de la gravitation (expression vectorielle), loi universelle.
Connaître l'expression du champ de gravitation créé par un objet ponctuel ou à symétrie sphérique.

1.2. Interactions électromagnétiques.
1.2.1. Loi de Coulomb. Analogies et
différences avec la loi de gravitation. Ordres de grandeur.
1.2.2. Notion de champ électrique.
Illustration expérimentale.

1.2.3. Notion de champ magnétique. Expériences illustrant l'existence d'interactions électromagnétiques. Champ du solénoïde.

Connaître la définition d’un champ uniforme.
Savoir que, dans un domaine restreint au voisinage du sol, le champ de pesanteur est uniforme.
Connaître la loi de Coulomb (expression vectorielle).
Présenter les analogies et différences entre les deux lois :
- expression commune en 1/r2 ;
- force attractive de gravitation ;
- force électrique attractive ou répulsive ;
- ordres de grandeur relatifs.
Connaître la relation de définition du champ électrique.
Décrire un dispositif permettant d'obtenir un champ électrique uniforme.
Connaître les caractéristiques du champ électrique dans un condensateur plan.
Savoir :
- qu'une aiguille aimantée peut jouer le rôle d'un détecteur de champ magnétique et indiquer direction et sens du vecteur champ magnétique ;
- que l’existence d’un champ magnétique implique celle d’aimants ou de courants électriques (et réciproquement) ;
- que |B| créé par un courant I varie linéairement avec I en l’absence de milieux magnétiques ;

- mesurer un champ magnétique à l'aide d'une sonde de Hall ;

- décrire un dispositif permettant d'obtenir un champ magnétique uniforme.

2. Lois de la dynamique.
2.1. Centre d'inertie. Rappel du principe d’inertie (1ère loi de Newton). Importance du référentiel.
2.2. Variation du vecteur vitesse vG . Vecteur accélération aG . Relation fondamentale de la dynamique (2ème loi de Newton). Théorème du centre d’inertie. Rappel de la loi des actions réciproques (3ème loi de Newton).
2.3. Théorème de l'énergie cinétique. Travail reçu par un solide en translation soumis à une force constante. Puissance.
3. Applications.
3.1. Chute d'un solide dans le champ de pesanteur uniforme, plan incliné.
3.2. Mouvement des satellites, mouvement des planètes du système solaire dans l'approximation du mouvement circulaire uniforme.

Savoir que :
- si un ensemble de forces agissant de l’extérieur sur un solide est tel que S F = 0, alors le vecteur vitesse V_G de son centre de gravité est constant ;
- que si un ensemble de forces agissant de l’extérieur sur un solide sont telles que
SF¹ 0, alors le vecteur vitesse V_G de son centre de gravité varie ;
- énoncer et mettre en oeuvre dans le cadre des applications du programme :
* la loi des actions réciproques,
* la relation fondamentale de la dynamique,
* le théorème de l'énergie cinétique pour un solide en translation.
Connaître l'expression du travail reçu par un solide en mouvement de translation rectiligne et soumis à des forces constantes dans le temps ainsi que celle de la puissance associée.
Connaître l'expression du travail du poids.
Savoir que celui-ci ne dépend pas du trajet suivi par le solide mais seulement de la variation d'altitude de son centre d'inertie.

3.3. Actions d'un champ électrique et/ou d'un champ magnétique sur un faisceau de particules dans certains dispositifs : oscilloscope, poste de télévision, accélérateurs de particules, microscope électronique.
3.3.1. Action d'un champ électrique uniforme sur une particule chargée.
3.3.2. Action d'un champ magnétique sur une particule chargée : force de Lorentz : F = qvÙ B. Cas particulier du champ uniforme.

Activités support.
Analyse de documents historiques.
Vérification de la relation fondamentale de la dynamique à partir de documents chronophotographiques.
Analyse de mouvements à l'aide de capteurs.
Traitement informatique des résultats, modélisation (exemple : chute libre et chute dans l'air).
Les mouvements des planètes.
Mise en évidence expérimentale des lignes de champ électrique et des lignes de champ magnétique. Détection d'un champ magnétique par une aiguille aimantée, mesure de son intensité àl'aide de la sonde de Hall.
Champ uniforme des bobines de Helmholtz.
Action d'un champ E et d'un champ B sur un faisceau d'électrons.
Etude de documents sur le champ magnétique terrestre et ses effets sur les particules cosmiques.
Simulation informatique du mouvement des particules dans des champs.
Etude de documents sur le champ magnétique solaire.
Etude de documents sur les accélérateurs de particules.
Visite préparée et commentée d'un accélérateur, d'un observatoire, d'un laboratoire équipé d'un microscope électronique.

Modéliser les forces de frottement agissant sur un solide en translation sous la forme d'une force de même direction que le vecteur vitesse, de même sens ou de sens opposé (selon que le frottement est moteur ou résistant).
Savoir que le centre d'inertie d'un solide soumis à un ensemble de forces telles que S F = cste a un mouvement rectiligne ou parabolique uniformément varié suivant les conditions initiales.
Analyser un document chronophotographique pour déterminer vecteurs vitesse et accélération, étudier les caractéristiques d'un mouvement.
Savoir que le travail reçu par une particule de charge q qui subit la ddp u est W = qu.
Retrouver les équations horaires et celles des trajectoires à partir de l'application de la relation fondamentale de la dynamique dans le cas de la pesanteur, dans le cas d'un champ électrique uniforme.
Connaître les caractéristiques du vecteur vitesse et du vecteur accélération d'une particule en mouvement circulaire uniforme.
Démontrer que, dans l'approximation des trajectoires circulaires, le mouvement d'un satellite, d'une planète est uniforme. Retrouver l'expression de sa vitesse, de sa période.
Connaître l'expression de la force subie par une particule chargée en mouvement dans un champ magnétique.
Démontrer que le mouvement d'une particule dans un champ magnétique uniforme perpendiculaire à sa vitesse initiale est plan, uniforme et circulaire.
Justifier qu'un champ magnétique uniforme, contrairement à un champ électrique, ne peut faire varier l'énergie cinétique d'une particule chargée.

II. SYSTEMES OSCILLANTS

Contenus

Compétences exigibles

1. Présentation des systèmes oscillants.
1.1. Illustration expérimentale de la diversité et de la complexité des phénomènes oscillants.
1.2. Propriétés caractéristiques : grandeurs physiques concernées ; période, fréquence ; analyse qualitative de la mise en oscillation et de l'évolution du système à l'aide de la loi de conservation de l'énergie.

Définir et mesurer ou calculer une période, une fréquence, une amplitude.
Savoir :
- qu'un oscillateur (mécanique ou électrique) non amorti évolue à énergie constante ;
- qu'un oscillateur amorti dissipe une énergie vers le "milieu extérieur" ;
- que tout système d'entretien des oscillations fournit l'énergie dissipée par l'oscillateur.

2. Oscillateurs mécaniques.
2.1. Analyse expérimentale des échanges énergétiques énergie cinétique énergie potentielle. Cas particuliers du pendule élastique et du pendule simple. Introduction de l'expression de la période par analyse dimensionnelle.
2.2. Oscillateur amorti et entretien des oscillations (ex. horloge).
2.3. Analyse qualitative du phénomène d'oscillations forcées et de résonance. Activités support.
Présentation d’oscillateurs simples et complexes : pendule, oscillateur électrique, vase de Tantale, oscillations hydrodynamiques (oscillation de sillage type Bénard-Von Karman), acoustiques (instruments de musique), biologiques (cardiaques, populations animales), chimiques (réaction de Belousov-Zhabotinski), oscillateur paramétrique (balançoire, botafumeiro de St. Jacques de Compostelle) etc.
Enregistrement et traitement de données sur ordinateur concernant : le mouvement d'un oscillateur mécanique sur table à coussin d'air, celui d'un pendule en oscillations quelconques.

Donner l'expression d'une énergie potentielle élastique.
Savoir qu'un oscillateur mécanique non amorti évolue à énergie mécanique constante, qu'au cours des oscillations il y a transformation continuelle d'énergie cinétique en énergie potentielle et inversement.

3. Oscillateurs électriques.

3.1.Etude expérimentale du condensateur. Relation intensité tension. Dipole RC.
3.2.Etude expérimentale d'une bobine ; relation intensité-tension. Dipole RL.
3.2.1 Phénomène d’induction. Loi de Lenz. Applications.
3.2.2 Phénomène d’auto-induction
3.3. Etude expérimentale des oscillations libres d'un dipole RLC.
Echanges énergétiques et dissipation d'énergie. Introduction de l'expression de la période du circuit LC par analyse dimensionnelle.
Entretien des oscillations (montage avec AO ou transistor).

3.4. Oscillateur électrique en régime forcé. Analyse expérimentale de la résonance.
Activités support.
Etude à l'oscilloscope de la réponse d'un dipole (RC, RLC, à un échelon de tension).
Régimes transitoires observés à l'ordinateur utilisé en saisie de données ou à l'oscilloscope à mémoire.
Courbe de résonance d'intensité d'un dipôle RLC.
Oscillateur utilisant un amplificateur opérationnel.
Fréquence de résonance d'un quartz.
Exemples de signaux d'horloge générés par d'autres oscillateurs électriques.

Utiliser un oscilloscope pour visualiser une tension, aux bornes d'un dipôle, une intensité.
Expliquer le comportement d'un condensateur.
Savoir :
- que le temps de charge et de décharge d'un dipôle (R,C) soumis à un échelon de tension augmente avec RC, grandeur qui a les dimensions d' un temps ;
- qu'un condensateur qui se charge sous tension U est un récepteur qui stocke l'énergie 1/2 CU2.
Connaître les relations algébriques reliant les grandeurs intensité, tension aux bornes et charge d'une armature.
Savoir qu'un circuit indéformable qui " voit" un champ magnétique variable est le siège d'une f.e.m.
Connaître la loi de Lenz.
Savoir qu'une bobine s'oppose aux variations de courant du circuit où elle se trouve.
Connaître la relation algébrique reliant intensité et tension à ses bornes : e = - L di/dt.
Savoir qu'une bobine qui joue le rôle de récepteur, stocke l'énergie 1/2 Li²
Savoir qu'au cours des oscillations libres d'un dipôle RLC il y a échange d'énergie entre la bobine et le condensateur et perte d'énergie par effet Joule.
Connaître l'expression de la période des oscillations libres du dipôle LC.

4. Modèles.

4.1. Un même formalisme pour de nombreux oscillateurs. Oscillations sinusoïdales libres, établissement de l'équation différentielle.
4.1.1. Oscillateur mécanique linéaire : application de la relation de la dynamique au cas du ressort linéaire horizontal.
4.1.2. Oscillateur électrique linéaire : application de la loi des tensions au dipole (LC).
4.2. Oscillations entretenues. Apport d'énergie (réaction positive) et limitation de l'amplitude (non linéarité).
Retour sur les exemples étudiés : horloge mécanique, oscillateur électrique, effet Larsen.
Activités support
Etude à l’ordinateur de l’équation de Van der Pol : un modèle (oscillateur RLC entretenu) pour l'introduction aux effets non linéaires.

Définir les régimes oscillants critiques, et sous-critique.
Décrire un exemple de dispositif permettant de compenser l'amortissement des oscillations.
Réaliser un montage permettant de relever une courbe de résonance.
Savoir qu'un dipôle RLC en oscillations forcées est traversé par un courant dont la période est celle imposée par le générateur et non celle des oscillations libres.
Savoir qu'il y a résonance d'intensité si période propre et période du générateur sont égales, qu'alors I=U/R et qu'il y a risque de surtension aux bornes des dipôles.
Déterminer sur la courbe de résonance la bande passante à 3dB.
Savoir que cette bande passante est d'autant plus étroite que la résistance est plus faible.
Etablir l'équation différentielle d'un oscillateur (mécanique ou électrique) non amorti et, dans le cas de l'oscillateur sinusoïdal, retrouver l'expression de la période.

III. LUMIERES VISIBLES ET INVISIBLES

Contenus

Compétences exigibles

1. Lumière, modèle ondulatoire.

1.1. Limite du modèle du rayon lumineux. Existence du phénomène de diffraction.
1.2. Interférences en lumière monochromatique.
Présentation expérimentale du phénomène d’interférences lumineuses.
Rappels sur la propagation d'une onde : principe des interférences.
1.3 Le domaine des ondes électroma-gnétiques, des rayons g aux ondes radio.

Savoir que l'importance du phénomène de diffraction est lié au rapport des dimensions de l'obstacle (objet ou fente) à la longueur d'onde.
Expliquer le phénomène d'interférences : superposition constructive ou destructive de deux ondes en un point.
Savoir qu'il ne peut y avoir interférence entre deux faisceaux de lumière issues de deux sources indépendantes (autres que des lasers).
Connaître les domaines de longueurs d'onde et de fréquences des ondes électromagnétiques.

2. Lumière : onde ou corpuscule ?
2.1. Le photon. Quantification de l'énergie lumineuse.
2.2. Spectres de raies et niveaux d'énergie de l'atome.
2.2.1. Spectres d'émission et d'absorption : cartes d'identité des atomes.
2.2.2. Niveaux d'énergie de l'atome et bilans énergétiques lors d'une émission ou d'une absorption.

Savoir :
- que l'énergie lumineuse est émise sous forme de "grains" d'énergie ou quanta : les photons ;
- que tous les photons d'une lumière monochromatique de fréquence n ont le même quantum d'énergie hn ;
- que les échanges d'énergie entre lumière et matière s'interprètent en considérant que la lumière est constituée de photons.

3. Une source de lumière cohérente : le laser, un oscillateur à fréquence optique.
3.1. propriétés spécifiques : monochromaticité, puissance, directivité. Exemples d'applications industrielles et médicales.
3.2. description élémentaire du principe du laser, cavité résonnante, oscillations entretenues.

Activités support.
Expériences de diffraction et d'interférences avec un laser. Eventuellement expériences d'interférences sonores ou ultrasonores.
Mesure relative d'une longueur d'onde par spectroscopie ou par interférométrie.
Réalisation et observation de spectres.
Etude du spectre d'une étoile.
Etude documentaire sur l'atome de Bohr.

Ecrire un bilan énergétique dans une interaction de la lumière avec la matière .
Expliquer le spectre de raies d'émission et d'absorption à partir de la structure en niveaux d'énergie des atomes et du modèle du photon dans le seul cas de l'atome d'hydrogène.
Connaître les caractéristiques de la lumière laser.
Citer des utilisations des lasers liées à ces caractéristiques.

IV. ENSEIGNEMENT DE SPÉCIALITÉ

Formation optique d'une image

Activités expérimentales

Compétences exigibles

Toutes les manipulations effectuées doivent s’accompagner d’une analyse raisonnée s’appuyant sur les lois physiques en cause.
Etude d'une lentille mince, foyer, formation d'une image.
Observer, utiliser et modéliser un instrument d’optique (lunette de Galilée, lunette astronomique, télé objectif, télescope, microscope, loupe, appareil photographique, projecteur de diapositives, rétroprojecteur...) à l’aide de miroirs ou de lentilles minces.
Simuler le rôle de l’oeil.
Etudier les qualités et les défauts de l’image d’un objet donné par le montage modèle et comparer avec l’instrument réel.
Illustrer l’effet de la diffraction sur la formation d’une image.
Etude documentaire sur la découverte de la lunette de Galilée.
Approfondissements
Réflexion, réfraction.
Diffraction.
Ondes lumineuses, longueur d'onde.
Flux lumineux collecté.

Connaître les définitions : objet, image d’un objet donné par un système optique.
Mettre en évidence expérimentalement le non-stigmatisme.
Connaître les conditions de Gauss.
Mettre en évidence expérimentalement la profondeur de champ.
Montrer expérimentalement l'effet de la diffraction sur la formation d'une image (aucun formalisme n'est exigible).
Montrer l'importance du flux lumineux et expliquer le rôle d'un condenseur.
Montrer qu’à un point objet correspond une tache dont la dimension dépend du système.
Connaître et mettre en oeuvre la formule de conjugaison des lentilles minces et celle du grandissement.
Décrire un protocole expérimental simple permettant de mesurer une distance focale.
Savoir que la distance focale d'une lentille dépend de la longueur d'onde.
Régler un montage optique simple à deux éléments convergents pour obtenir une image.
Suivre la description d’un montage optique et le réaliser.
Donner un modèle pour chaque instrument d'optique étudié en cours d'année : préciser à l'aide d'un schéma la position des images, la marche d'un pinceau lumineux, justifier les usages qui en sont faits.
Analyser un montage optique, ne comportant que des lentilles convergentes, dont la description est donnée : le transcrire sous forme d'un schéma, trouver la position des images, donner le trajet d'un pinceau lumineux.

Images et communication

Activités expérimentales

Compétences exigibles

Toutes les manipulations effectuées doivent s’accompagner d’une analyse raisonnée s’appuyant sur les lois physiques en cause.
Réalisation d’un oscillateur électrique (ampli opérationnel, inductance, condensateur) et mesure de ses caractéristiques (fréquence, amplitude). Variation de la fréquence d’oscillation.

Recherche de la bande passante d’un oscillateur électrique en oscillation forcée.
Expériences illustrant la transmission d’un signal ("tops") par ondes hertziennes. Réalisation d’un émetteur et d’un récepteur "grandes ondes".
Expériences illustrant la modulation et la démodulation d’amplitude. Application à la transmission d’un son, éventuellement de signaux numériques.
Etude de documents sur les grandes étapes du développement des télécommunications : Maxwell, Hertz, Branly, Marconi...
Expériences illustrant la transformation d'une information lumineuse en tension ou courant.
Photodiode, cellule CCD.
Exploitation de l'oscilloscope pour illustrer le fonctionnement de l'écran de télévision : balayage, variation de l'intensité, persistance des impressions lumineuses, synchronisation.
Réalisation d'une expérience permettant de mesurer l'ordre de grandeur du temps de persistance rétinienne.
Mise en évidence de l'éclairement périodique d'une zone de l'écran de télévision et du balayage (stroboscopie).
Ecran couleur et synthèse additive.
Observation à l'oscilloscope d'un signal vidéo simple (exemple : image d'un damier).
Approfondissements
Propagation d'une onde, vitesse de propagation, longueur d'onde et fréquence d'une onde.
Condensateur, bobine.
Oscillateurs électriques.
Oscilloscope.

Mesurer à l’oscilloscope la période et la fréquence d’une tension alternative.
Synchroniser le balayage sur une tension donnée.
Connaître les ordres de grandeur des fréquences et longueurs d’onde.
Savoir que le temps de charge et de décharge d'un condensateur (C) associé à un conducteur ohmique (R) est de l'ordre de RC.
Réaliser un oscillateur électrique et mesurer sa fréquence d’oscillation et son amplitude.
Etablir l’équation différentielle d’un circuit oscillant LC, retrouver sa solution et en déduire la fréquence d’oscillation.
Expliquer le principe de la modulation
d'amplitude.
Savoir que la transmission d'un signal nécessite une bande passante de largeur finie.
Réaliser un montage illustrant le principe de modulation d'amplitude et connaître l'influence des différents paramètres (fréquences et amplitudes).
Réaliser un montage de démodulation d'un signal modulé en amplitude en précisant le rôle de chaque élément et discuter l'ordre de grandeur de la grandeur physique associée.
Réaliser une expérience simple illustrant l'émission, la réception d'une onde modulée en amplitude.
Expliquer le principe de la modulation de fréquence.
Connaître les grandes étapes du développement des télécommunications.
Réaliser et analyser une expérience permettant de mesurer l'ordre de grandeur du temps de persistance rétienne.
Expliquer le principe du cinéma : le rôle de la persistance rétinienne.
Connaître les propriétés d'une photodiode (variation de l'intensité avec l'éclairement, domaine de sensibilité en longueur d'onde).
Mettre en évidence l'éclairement périodique d'une zone de l'écran de télévision et du balayage (stroboscopie).
Expliquer le principe de la télévision : pixels, balayage ligne et balayage image (trame), nécessité de la synchronisation.
Expliquer le principe de la télévision couleur: les trois faisceaux, l’écran couleur et la synthèse additive des couleurs.
Observer à l’oscilloscope un signal video simple (exemple : image d’un damier).
Expliquer le principe de fonctionnement d’un camescope : formation d'une image optique sur une mosaïque de cellules CCD, tension de sortie du camescope reproduisant l'état de chaque cellule.

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Contenus	Compétences exigibles
1. Champs et interactions. 1.1. Interaction gravitationnelle. 1.1.1. Des lois empiriques de Képler à la modélisation de Newton ; la loi de gravitation universelle. Aspects historiques (Ptolémée, Copernic, Tycho-Brahé et Képler, Galilée) 1.1.2. Champ de gravitation, champ de pesanteur à la surface d'un corps céleste : exemples de la Terre et de la Lune.	Connaître la définition d'un référentiel galiléen. Connaître la définition des référentiels géocentrique et héliocentrique, référentiels galiléens approchés. Connaître la loi de la gravitation (expression vectorielle), loi universelle. Connaître l'expression du champ de gravitation créé par un objet ponctuel ou à symétrie sphérique.
1.2. Interactions électromagnétiques. 1.2.1. Loi de Coulomb. Analogies et différences avec la loi de gravitation. Ordres de grandeur. 1.2.2. Notion de champ électrique. Illustration expérimentale. 1.2.3. Notion de champ magnétique. Expériences illustrant l'existence d'interactions électromagnétiques. Champ du solénoïde.	Connaître la définition d’un champ uniforme. Savoir que, dans un domaine restreint au voisinage du sol, le champ de pesanteur est uniforme. Connaître la loi de Coulomb (expression vectorielle). Présenter les analogies et différences entre les deux lois : - expression commune en 1/r2 ; - force attractive de gravitation ; - force électrique attractive ou répulsive ; - ordres de grandeur relatifs. Connaître la relation de définition du champ électrique. Décrire un dispositif permettant d'obtenir un champ électrique uniforme. Connaître les caractéristiques du champ électrique dans un condensateur plan. Savoir : - qu'une aiguille aimantée peut jouer le rôle d'un détecteur de champ magnétique et indiquer direction et sens du vecteur champ magnétique ; - que l’existence d’un champ magnétique implique celle d’aimants ou de courants électriques (et réciproquement) ; - que \|B\| créé par un courant I varie linéairement avec I en l’absence de milieux magnétiques ; - mesurer un champ magnétique à l'aide d'une sonde de Hall ; - décrire un dispositif permettant d'obtenir un champ magnétique uniforme.
2. Lois de la dynamique. 2.1. Centre d'inertie. Rappel du principe d’inertie (1ère loi de Newton). Importance du référentiel. 2.2. Variation du vecteur vitesse vG . Vecteur accélération aG . Relation fondamentale de la dynamique (2ème loi de Newton). Théorème du centre d’inertie. Rappel de la loi des actions réciproques (3ème loi de Newton). 2.3. Théorème de l'énergie cinétique. Travail reçu par un solide en translation soumis à une force constante. Puissance. 3. Applications. 3.1. Chute d'un solide dans le champ de pesanteur uniforme, plan incliné. 3.2. Mouvement des satellites, mouvement des planètes du système solaire dans l'approximation du mouvement circulaire uniforme.	Savoir que : - si un ensemble de forces agissant de l’extérieur sur un solide est tel que S F = 0, alors le vecteur vitesse V_G de son centre de gravité est constant ; - que si un ensemble de forces agissant de l’extérieur sur un solide sont telles que SF¹ 0, alors le vecteur vitesse V_G de son centre de gravité varie ; - énoncer et mettre en oeuvre dans le cadre des applications du programme : * la loi des actions réciproques, * la relation fondamentale de la dynamique, * le théorème de l'énergie cinétique pour un solide en translation. Connaître l'expression du travail reçu par un solide en mouvement de translation rectiligne et soumis à des forces constantes dans le temps ainsi que celle de la puissance associée. Connaître l'expression du travail du poids. Savoir que celui-ci ne dépend pas du trajet suivi par le solide mais seulement de la variation d'altitude de son centre d'inertie.
3.3. Actions d'un champ électrique et/ou d'un champ magnétique sur un faisceau de particules dans certains dispositifs : oscilloscope, poste de télévision, accélérateurs de particules, microscope électronique. 3.3.1. Action d'un champ électrique uniforme sur une particule chargée. 3.3.2. Action d'un champ magnétique sur une particule chargée : force de Lorentz : F = qvÙ B. Cas particulier du champ uniforme. *Activités support.* Analyse de documents historiques. Vérification de la relation fondamentale de la dynamique à partir de documents chronophotographiques. Analyse de mouvements à l'aide de capteurs. Traitement informatique des résultats, modélisation (exemple : chute libre et chute dans l'air). Les mouvements des planètes. Mise en évidence expérimentale des lignes de champ électrique et des lignes de champ magnétique. Détection d'un champ magnétique par une aiguille aimantée, mesure de son intensité àl'aide de la sonde de Hall. Champ uniforme des bobines de Helmholtz. Action d'un champ E et d'un champ B sur un faisceau d'électrons. Etude de documents sur le champ magnétique terrestre et ses effets sur les particules cosmiques. Simulation informatique du mouvement des particules dans des champs. Etude de documents sur le champ magnétique solaire. Etude de documents sur les accélérateurs de particules. Visite préparée et commentée d'un accélérateur, d'un observatoire, d'un laboratoire équipé d'un microscope électronique.	Modéliser les forces de frottement agissant sur un solide en translation sous la forme d'une force de même direction que le vecteur vitesse, de même sens ou de sens opposé (selon que le frottement est moteur ou résistant). Savoir que le centre d'inertie d'un solide soumis à un ensemble de forces telles que S F = cste a un mouvement rectiligne ou parabolique uniformément varié suivant les conditions initiales. Analyser un document chronophotographique pour déterminer vecteurs vitesse et accélération, étudier les caractéristiques d'un mouvement. Savoir que le travail reçu par une particule de charge q qui subit la ddp u est W = qu. Retrouver les équations horaires et celles des trajectoires à partir de l'application de la relation fondamentale de la dynamique dans le cas de la pesanteur, dans le cas d'un champ électrique uniforme. Connaître les caractéristiques du vecteur vitesse et du vecteur accélération d'une particule en mouvement circulaire uniforme. Démontrer que, dans l'approximation des trajectoires circulaires, le mouvement d'un satellite, d'une planète est uniforme. Retrouver l'expression de sa vitesse, de sa période. Connaître l'expression de la force subie par une particule chargée en mouvement dans un champ magnétique. Démontrer que le mouvement d'une particule dans un champ magnétique uniforme perpendiculaire à sa vitesse initiale est plan, uniforme et circulaire. Justifier qu'un champ magnétique uniforme, contrairement à un champ électrique, ne peut faire varier l'énergie cinétique d'une particule chargée.

Contenus	Compétences exigibles
1. Lumière, modèle ondulatoire. 1.1. Limite du modèle du rayon lumineux. Existence du phénomène de diffraction. 1.2. Interférences en lumière monochromatique. Présentation expérimentale du phénomène d’interférences lumineuses. Rappels sur la propagation d'une onde : principe des interférences. 1.3 Le domaine des ondes électroma-gnétiques, des rayons g aux ondes radio.	Savoir que l'importance du phénomène de diffraction est lié au rapport des dimensions de l'obstacle (objet ou fente) à la longueur d'onde. Expliquer le phénomène d'interférences : superposition constructive ou destructive de deux ondes en un point. Savoir qu'il ne peut y avoir interférence entre deux faisceaux de lumière issues de deux sources indépendantes (autres que des lasers). Connaître les domaines de longueurs d'onde et de fréquences des ondes électromagnétiques.
2. Lumière : onde ou corpuscule ? 2.1. Le photon. Quantification de l'énergie lumineuse. 2.2. Spectres de raies et niveaux d'énergie de l'atome. 2.2.1. Spectres d'émission et d'absorption : cartes d'identité des atomes. 2.2.2. Niveaux d'énergie de l'atome et bilans énergétiques lors d'une émission ou d'une absorption.	Savoir : - que l'énergie lumineuse est émise sous forme de "grains" d'énergie ou quanta : les photons ; - que tous les photons d'une lumière monochromatique de fréquence n ont le même quantum d'énergie hn ; - que les échanges d'énergie entre lumière et matière s'interprètent en considérant que la lumière est constituée de photons.
3. Une source de lumière cohérente : le laser, un oscillateur à fréquence optique. 3.1. propriétés spécifiques : monochromaticité, puissance, directivité. Exemples d'applications industrielles et médicales. 3.2. description élémentaire du principe du laser, cavité résonnante, oscillations entretenues. *Activités support.* Expériences de diffraction et d'interférences avec un laser. Eventuellement expériences d'interférences sonores ou ultrasonores. Mesure relative d'une longueur d'onde par spectroscopie ou par interférométrie. Réalisation et observation de spectres. Etude du spectre d'une étoile. Etude documentaire sur l'atome de Bohr.	Ecrire un bilan énergétique dans une interaction de la lumière avec la matière . Expliquer le spectre de raies d'émission et d'absorption à partir de la structure en niveaux d'énergie des atomes et du modèle du photon dans le seul cas de l'atome d'hydrogène. Connaître les caractéristiques de la lumière laser. Citer des utilisations des lasers liées à ces caractéristiques.