Physique-Chimie Terminale Spécialité

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Préparation aux épreuves du Bac
1. Constitution et transformations de la matière
Ch. 1
Modélisation des transformations acide-base
Ch. 2
Analyse physique d'un système chimique
Ch. 3
Méthode de suivi d'un titrage
Ch. 4
Évolution temporelle d'une transformation chimique
Ch. 5
Évolution temporelle d'une transformation nucléaire
BAC
Thème 1
Ch. 6
Évolution spontanée d'un système chimique
Ch. 7
Équilibres acide-base
Ch. 8
Transformations chimiques forcées
Ch. 9
Structure et optimisation en chimie organique
Ch. 10
Stratégies de synthèse
BAC
Thème 1 bis
2. Mouvement et interactions
Ch. 11
Description d'un mouvement
Ch. 12
Mouvement dans un champ uniforme
Ch. 13
Mouvement dans un champ de gravitation
Ch. 14
Modélisation de l'écoulement d'un fluide
BAC
Thème 2
3. Conversions et transferts d'énergie
Ch. 15
Étude d’un système thermodynamique
Ch. 16
Bilans d'énergie thermique
BAC
Thème 3
4. Ondes et signaux
Ch. 17
Propagation des ondes
Ch. 18
Interférences et diffraction
Ch. 19
Lunette astronomique
Ch. 20
Effet photoélectrique et enjeux énergétiques
Ch. 21
Évolutions temporelles dans un circuit capacitif
BAC
Thème 4
Annexes
Ch. 22
Méthode
BO du 25 juillet 2019

Programme

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Constitution et transformations de la matière

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1.
Déterminer la composition d'un système par des méthodes physiques et chimiques

A.
Modéliser des transformations acide-base par des transferts d'ion hydrogène

Notions et contenus
  • Transformation modélisée par des transferts d'ion hydrogène : acide et base de Brönsted, couple acide-base, réaction acide-base.
  • Couples acide-base de l'eau, de l'acide carbonique, d'acides carboxyliques, d'amines.
  • Espèce amphotère.

Capacités exigibles
  • Identifier, à partir d'observations ou de données expérimentales, un transfert d'ion hydrogène, les couples acide-base mis en jeu et établir l'équation d'une réaction acide-base.
  • Représenter le schéma de Lewis et la formule semi-développée d'un acide carboxylique, d'un ion carboxylate, d'une amine et d'un ion ammonium.
  • Identifier le caractère amphotère d'une espèce chimique.

B.
Analyser un système chimique par des méthodes physiques

Notions et contenus
  • et relation avec mol·L-1, concentration standard.
  • Absorbance ; loi de Beer-Lambert.
  • Conductance, conductivité ; loi de Kohlrausch.
  • Spectroscopie infrarouge et UV-visible. Identification de groupes caractéristiques et d'espèces chimiques.

Capacités exigibles
  • Déterminer, à partir de la valeur de la concentration en ions oxonium , la valeur du de la solution et inversement.
  • Mesurer le de solutions d'acide chlorhydrique obtenues par dilutions successives d'un facteur 10 pour tester la relation entre le et la concentration en ions oxonium apportés.

Capacité mathématique : Utiliser la fonction logarithme décimal et sa réciproque.
  • Exploiter la loi de Beer-Lambert ou la loi de Kohlrausch pour déterminer une concentration ou une quantité de matière. Citer les domaines de validité de ces relations.
  • Mesurer une conductance et tracer une courbe d'étalonnage pour déterminer une concentration.
  • Exploiter, à partir de données tabulées, un spectre d'absorption infrarouge ou UV-visible pour identifier un groupe caractéristique ou une espèce chimique.

C.
Analyser un système par des méthodes chimiques

Notions et contenus
  • Titre massique et densité d'une solution.
  • Titrage avec suivi -métrique.
  • Titrage avec suivi conductimétrique.

Capacités exigibles
  • Réaliser une solution de concentration donnée en soluté apporté à partir d'une solution de titre massique et de densité fournis.
  • Établir la composition du système après ajout d'un volume de solution titrante, la transformation étant considérée comme totale.
  • Exploiter un titrage pour déterminer une quantité de matière, une concentration ou une masse.
  • Dans le cas d'un titrage avec suivi conductimétrique, justifier qualitativement l'évolution de la pente de la courbe à l'aide de données sur les conductivités ioniques molaires.
  • Mettre en œuvre le suivi -métrique d'un titrage ayant pour support une réaction acide-base.
  • Mettre en œuvre le suivi conductimétrique d'un titrage.

Capacité numérique : Représenter, à l'aide d'un langage de programmation, l'évolution des quantités de matière des espèces en fonction du volume de solution titrante versé.
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2.
Modéliser l'évolution temporelle d'un système, siège d'une transformation

A.
Suivre et modéliser l'évolution temporelle d'un système, siège d'une transformation chimique

Notions et contenus
  • Suivi temporel et modélisation macroscopique.
  • Transformations lentes et rapides.
  • Facteurs cinétiques : température, concentration des réactifs.
  • Catalyse, catalyseur.
  • Vitesse volumique de disparition d'un réactif et d'apparition d'un produit.
  • Temps de demi-réaction.
  • Loi de vitesse d'ordre 1.

Capacités exigibles
  • Justifier le choix d'un capteur de suivi temporel de l'évolution d'un système.
  • Identifier, à partir de données expérimentales, des facteurs cinétiques.
  • Citer les propriétés d'un catalyseur et identifier un catalyseur à partir de données expérimentales.
  • Mettre en évidence des facteurs cinétiques et l'effet d'un catalyseur.
  • À partir de données expérimentales, déterminer une vitesse volumique de disparition d'un réactif, une vitesse volumique d'apparition d'un produit ou un temps de demi‑réaction.
  • Mettre en œuvre une méthode physique pour suivre l'évolution d'une concentration et déterminer la vitesse volumique de formation d'un produit ou de disparition d'un réactif.
  • Identifier, à partir de données expérimentales, si l'évolution d'une concentration suit ou non une loi de vitesse d'ordre 1.

Capacité numérique : À l'aide d'un langage de programmation et à partir de données expérimentales, tracer l'évolution temporelle d'une concentration, d'une vitesse volumique d'apparition ou de disparition et tester une relation donnée entre la vitesse volumique de disparition et la concentration d'un réactif.

Notions et contenus
  • Modélisation microscopique.
  • Mécanisme réactionnel : acte élémentaire, intermédiaire réactionnel, formalisme de la flèche courbe.
  • Modification du mécanisme par ajout d'un catalyseur.
  • Interprétation microscopique de l'influence des facteurs cinétiques.

Capacités exigibles
  • À partir d'un mécanisme réactionnel fourni, identifier un intermédiaire réactionnel, un catalyseur et établir l'équation de la réaction qu'il modélise au niveau microscopique.
  • Représenter les flèches courbes d'un acte élémentaire, en justifiant leur sens.
  • Interpréter l'influence des concentrations et de la température sur la vitesse d'un acte élémentaire, en termes de fréquence et d'efficacité des chocs entre entités.

B.
Modéliser l'évolution temporelle d'un système, siège d'une transformation nucléaire

Notions et contenus
  • Décroissance radioactive
  • Stabilité et instabilité des noyaux : diagramme , radioactivité et , équation d'une réaction nucléaire, lois de conservation.
  • Radioactivité .
  • Évolution temporelle d'une population de noyaux radioactifs ; constante radioactive ; loi de décroissance radioactive ; temps de demi-vie ; activité radioactivité naturelle ; applications à la datation.
  • Applications dans le domaine médical ; protection contre les rayonnements ionisants.

Capacités exigibles
  • Déterminer, à partir d'un diagramme , les isotopes radioactifs d'un élément.
  • Utiliser des données et les lois de conservation pour écrire l'équation d'une réaction nucléaire et identifier le type de radioactivité.
  • Établir l'expression de l'évolution temporelle de la population de noyaux radioactifs.
  • Exploiter la loi et une courbe de décroissance radioactive.

Capacité mathématique : Résoudre une équation différentielle linéaire du premier ordre à coefficients constants.
  • Expliquer le principe de la datation à l'aide de noyaux radioactifs et dater un événement.
  • Citer quelques applications de la radioactivité dans le domaine médical.
  • Citer des méthodes de protection contre les rayonnements ionisants et des facteurs d'influence de ces protections.
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3.
Prévoir l'état final d'un système, siège d'une transformation chimique

A.
Prévoir le sens de l'évolution spontanée d'un système chimique

Notions et contenus
  • État final d'un système, siège d'une transformation non totale : état d'équilibre chimique.
  • Modèle de l'équilibre dynamique.
  • Quotient de réaction .
  • Système à l'équilibre chimique : constante d'équilibre .
  • Critère d'évolution spontanée d'un système hors équilibre chimique.
  • Transformation spontanée modélisée par une réaction d'oxydoréduction.
  • Pile, demi-piles, pont salin ou membrane, tension à vide.
  • Fonctionnement d'une pile ; réactions électrochimiques aux électrodes.
  • Usure d'une pile, capacité électrique d'une pile.
  • Oxydants et réducteurs usuels.

Capacités exigibles
  • Relier le caractère non total d'une transformation à la présence, à l'état final du système, de tous les réactifs et de tous les produits.
  • Mettre en évidence la présence de tous les réactifs dans l'état final d'un système, siège d'une transformation non totale, par un nouvel ajout de réactifs.
  • Déterminer le sens d'évolution spontanée d'un système.
  • Déterminer un taux d'avancement final à partir de données sur la composition de l'état final et le relier au caractère total ou non total de la transformation.
  • Déterminer la valeur du quotient de réaction à l'état final d'un système, siège d'une transformation non totale, et montrer son indépendance vis-à-vis de la composition initiale du système à une température donnée.
  • Illustrer un transfert spontané d'électrons par contact entre réactifs et par l'intermédiaire d'un circuit extérieur.
  • Justifier la stratégie de séparation des réactifs dans deux demi-piles et l'utilisation d'un pont salin.
  • Modéliser et schématiser, à partir de résultats expérimentaux, le fonctionnement d'une pile.
  • Déterminer la capacité électrique d'une pile à partir de sa constitution initiale.
  • Réaliser une pile, déterminer sa tension à vide et la polarité des électrodes, identifier la transformation mise en jeu, illustrer le rôle du pont salin.
  • Citer des oxydants et des réducteurs usuels : eau de Javel, dioxygène, dichlore, acide ascorbique, dihydrogène, métaux.
  • Justifier le caractère réducteur des métaux du bloc.

B.
Comparer la force des acides et des bases

Notions et contenus
  • Constante d'acidité d'un couple acide-base, produit ionique de l'eau .
  • Transformations lentes et rapides.
  • Solutions courantes d'acides et de bases.
  • Diagrammes de prédominance et de distribution d'un couple acide-base ; espèce prédominante, cas des indicateurs colorés et des acides alpha-aminés.
  • Solution tampon.

Capacités exigibles
  • Associer et aux équations de réactions correspondantes.
  • Estimer la valeur de la constante d'acidité d'un couple acide-base à l'aide d'une mesure de .
  • Associer le caractère fort d'un acide (d'une base) à la transformation quasi totale de cet acide (cette base) avec l'eau.
  • Prévoir la composition finale d'une solution aqueuse de concentration donnée en acide fort ou faible apporté.
  • Comparer la force de différents acides ou de différentes bases dans l'eau.
  • Mesurer le de solutions d'acide ou de base de concentration donnée pour en déduire le caractère fort ou faible de l'acide ou de la base.

Capacité numérique : Déterminer, à l'aide d'un langage de programmation, le taux d'avancement final d'une transformation, modélisée par la réaction d'un acide sur l'eau.

Capacité mathématique : Résoudre une équation du second degré.
  • Citer des solutions aqueuses d'acides et de bases courantes et les formules des espèces dissoutes associées : acide chlorhydrique , acide nitrique , acide éthanoïque , soude ou hydroxyde de sodium , ammoniac .
  • Représenter le diagramme de prédominance d'un couple acide-base.
  • Exploiter un diagramme de prédominance ou de distribution.
  • Justifier le choix d'un indicateur coloré lors d'un titrage.

Capacité numérique : Tracer, à l'aide d'un langage de programmation, le diagramme de distribution des espèces d'un couple acide-base de donné.
  • Citer les propriétés d'une solution tampon.

C.
Forcer le sens d'évolution d'un système

Notions et contenus
  • Passage forcé d'un courant pour réaliser une transformation chimique.
  • Constitution et fonctionnement d'un électrolyseur.

Capacités exigibles
  • Modéliser et schématiser, à partir de résultats expérimentaux, les transferts d'électrons aux électrodes par des réactions électrochimiques.
  • Déterminer les variations de quantité de matière à partir de la durée de l'électrolyse et de la valeur de l'intensité du courant.
  • Identifier les produits formés lors du passage forcé d'un courant dans un électrolyseur. Relier la durée, l'intensité du courant et les quantités de matière de produits formés.

Notions et contenus
  • Stockage et conversion d'énergie chimique.

Capacités exigibles
  • Citer des exemples de dispositifs mettant en jeu des conversions et stockages d'énergie chimique (piles, accumulateurs, organismes chlorophylliens) et les enjeux sociétaux associés.
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4.
Élaborer des stratégies en synthèse organique

Notions et contenus
  • Structure et propriétés
  • Formule topologique.
  • Familles fonctionnelles : esters, amines, amides et halogénoalcanes.
  • Squelettes carbonés insaturés, cycliques.
  • Isomérie de constitution.
  • Polymères.

Capacités exigibles
  • Exploiter des règles de nomenclature fournies pour nommer une espèce chimique ou représenter l'entité associée.
  • Représenter des formules topologiques d'isomères de constitution à partir d'une formule brute ou semi‑développée.
  • Identifier le motif d'un polymère à partir de sa formule.
  • Citer des polymères naturels et synthétiques et des utilisations courantes des polymères.

Notions et contenus
  • Optimisation d'une étape de synthèse
  • Optimisation de la vitesse de formation d'un produit et du rendement d'une synthèse.

Capacités exigibles
  • Identifier, dans un protocole, les opérations réalisées pour optimiser la vitesse de formation d'un produit.
  • Justifier l'augmentation du rendement d'une synthèse par introduction d'un excès d'un réactif ou par élimination d'un produit du milieu réactionnel.
  • Mettre en œuvre un protocole de synthèse pour étudier l'influence de la modification des conditions expérimentales sur le rendement ou la vitesse.

Notions et contenus
  • Stratégie de synthèse multi-étapes
  • Modification de groupe caractéristique, modification de chaîne carbonée, polymérisation.
  • Protection/déprotection.
  • Synthèses écoresponsables.

Capacités exigibles
  • Élaborer une séquence réactionnelle de synthèse d'une espèce à partir d'une banque de réactions.
  • Identifier des réactions d'oxydoréduction, acidebase, de substitution, d'addition, d'élimination.
  • Identifier des étapes de protection/déprotection et justifier leur intérêt à partir d'une banque de réactions.
  • Mettre en œuvre un protocole de synthèse conduisant à la modification d'un groupe caractéristique ou d'une chaîne carbonée.
  • Discuter l'impact environnemental d'une synthèse et proposer des améliorations à l'aide de données fournies, par exemple en termes d'énergie, de formation et valorisation de sous-produits et de choix des réactifs et solvants.
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Mouvement et interactions

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5.
Décrire un mouvement

Notions et contenus
  • Vecteurs position, vitesse et accélération d'un point.
  • Coordonnées des vecteurs vitesse et accélération dans le repère de Frenet pour un mouvement circulaire.
  • Mouvement rectiligne uniformément accéléré.
  • Mouvement circulaire uniforme.

Capacités exigibles
  • Définir le vecteur vitesse comme la dérivée du vecteur position par rapport au temps et le vecteur accélération comme la dérivée du vecteur vitesse par rapport au temps.
  • Établir les coordonnées cartésiennes des vecteurs vitesse et accélération à partir des coordonnées du vecteur position et/ou du vecteur vitesse.
  • Citer et exploiter les expressions des coordonnées des vecteurs vitesse et accélération dans le repère de Frenet, dans le cas d'un mouvement circulaire.
  • Caractériser le vecteur accélération pour les mouvements suivants : rectiligne, rectiligne uniforme, rectiligne uniformément accéléré, circulaire, circulaire uniforme.
  • Réaliser et/ou exploiter une vidéo ou une chronophotographie pour déterminer les coordonnées du vecteur position en fonction du temps et en déduire les coordonnées approchées ou les représentations des vecteurs vitesse et accélération.

Capacité numérique : Représenter, à l'aide d'un langage de programmation, des vecteurs accélération d'un point lors d'un mouvement.

Capacité mathématique : Dériver une fonction.
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6.
Relier les actions appliquées à un système à son mouvement

Notions et contenus
  • Deuxième loi de Newton
  • Centre de masse d'un système.
  • Référentiel galiléen.
  • Deuxième loi de Newton.
  • Équilibre d'un système.

Capacités exigibles
  • Justifier qualitativement la position du centre de masse d'un système, cette position étant donnée.
  • Discuter qualitativement du caractère galiléen d'un référentiel donné pour le mouvement étudié.
  • Utiliser la deuxième loi de Newton dans des situations variées pour en déduire :
    • - le vecteur accélération du centre de masse, les forces appliquées au système étant connues ;
      - la somme des forces appliquées au système, le mouvement de centre de masse étant connu.

Notions et contenus
  • Mouvement dans un champ uniforme
  • Mouvement dans un champ de pesanteur uniforme.
  • Champ électrique créé par un condensateur plan.
  • Mouvement d'une particule chargée dans un champ électrique uniforme.
  • Principe de l'accélérateur linéaire de particules chargées.
  • Aspects énergétiques.

Capacités exigibles
  • Montrer que le mouvement dans un champ uniforme est plan.
  • Établir et exploiter les équations horaires du mouvement.
  • Établir l'équation de la trajectoire.
  • Discuter de l'influence des grandeurs physiques sur les caractéristiques du champ électrique créé par un condensateur plan, son expression étant donnée.
  • Décrire le principe d'un accélérateur linéaire de particules chargées.
  • Exploiter la conservation de l'énergie mécanique ou le théorème de l'énergie cinétique dans le cas du mouvement dans un champ uniforme.
  • Utiliser des capteurs ou une vidéo pour déterminer les équations horaires du mouvement du centre de masse d'un système dans un champ uniforme.
  • Étudier l'évolution des énergies cinétique, potentielle et mécanique.

Capacité numérique : Représenter, à partir de données expérimentales variées, l'évolution des grandeurs énergétiques d'un système en mouvement dans un champ uniforme à l'aide d'un langage de programmation ou d'un tableur.

Capacités mathématiques : Résoudre une équation différentielle, déterminer la primitive d'une fonction, utiliser la représentation paramétrique d'une courbe.

Notions et contenus
  • Mouvement dans un champ de gravitation.
  • Mouvement des satellites et des planètes.
  • Orbite.
  • Lois de Kepler.
  • Période de révolution.
  • Satellite géostationnaire.

Capacités exigibles
  • Déterminer les caractéristiques des vecteurs vitesse et accélération du centre de masse d'un système en mouvement circulaire dans un champ de gravitation newtonien.
  • Établir et exploiter la troisième loi de Kepler dans le cas du mouvement circulaire.

Capacité numérique : Exploiter, à l'aide d'un langage de programmation, des données astronomiques ou satellitaires pour tester les deuxième et troisième lois de Kepler.
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7.
Modéliser l'écoulement d'un fluide

Notions et contenus
  • Poussée d'Archimède.
  • Écoulement d'un fluide en régime permanent.
  • Débit volumique d'un fluide incompressible.
  • Relation de Bernoulli.
  • Effet Venturi.

Capacités exigibles
  • Expliquer qualitativement l'origine de la poussée d'Archimède.
  • Utiliser l'expression vectorielle de la poussée d'Archimède.
  • Mettre en œuvre un dispositif permettant de tester ou d'exploiter l'expression de la poussée d'Archimède.
  • Exploiter la conservation du débit volumique pour déterminer la vitesse d'un fluide incompressible.
  • Exploiter la relation de Bernoulli, celle-ci étant fournie, pour étudier qualitativement, puis quantitativement l'écoulement d'un fluide incompressible en régime permanent.
  • Mettre en œuvre un dispositif expérimental pour étudier l'écoulement permanent d'un fluide et pour tester la relation de Bernoulli.
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L'énergie : conversions et transferts

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8.
Décrire un système thermodynamique : exemple du modèle du gaz parfait

Notions et contenus
  • Modèle du gaz parfait.
  • Masse volumique, température thermodynamique, pression.
  • Équation d'état du gaz parfait.

Capacités exigibles
  • Relier qualitativement les valeurs des grandeurs macroscopiques mesurées aux propriétés du système à l'échelle microscopique.
  • Exploiter l'équation d'état du gaz parfait pour décrire le comportement d'un gaz.
  • Identifier quelques limites du modèle du gaz parfait.
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9.
Effectuer des bilans d'énergie sur un système : le premier principe de la thermodynamique

Notions et contenus
  • Énergie interne d'un système.
  • Aspects microscopiques.
  • Premier principe de la thermodynamique.
  • Transfert thermique, travail.
  • Capacité thermique d'un système incompressible.
  • Énergie interne d'un système incompressible.
  • Modes de transfert thermique.
  • Flux thermique.
  • Résistance thermique
  • Bilan thermique du système Terre-atmosphère.
  • Effet de serre.
  • Loi phénoménologique de Newton, modélisation de l'évolution de la température d'un système au contact d'un thermostat.

Capacités exigibles
  • Citer les différentes contributions microscopiques à l'énergie interne d'un système.
  • Distinguer, dans un bilan d'énergie, le terme correspondant à la variation de l'énergie du système des termes correspondant à des transferts d'énergie entre le système et l'extérieur.
  • Exploiter l'expression de la variation d'énergie interne d'un système incompressible en fonction de sa capacité thermique et de la variation de sa température pour effectuer un bilan énergétique.
  • Effectuer l'étude énergétique d'un système thermodynamique.
  • Prévoir le sens d'un transfert thermique.
  • Caractériser qualitativement les trois modes de transfert thermique : conduction, convection, rayonnement.
  • Exploiter la relation entre flux thermique, résistance thermique et écart de température, l'expression de la résistance thermique étant donnée.
  • Effectuer un bilan quantitatif d'énergie pour estimer la température terrestre moyenne, la loi de Stefan-Boltzmann étant donnée.
  • Discuter qualitativement de l'influence de l'albédo et de l'effet de serre sur la température terrestre moyenne.
  • Effectuer un bilan d'énergie pour un système incompressible échangeant de l'énergie par un transfert thermique modélisé à l'aide de la loi de Newton fournie.
  • Établir l'expression de la température du système en fonction du temps.
  • Suivre et modéliser l'évolution de la température d'un système incompressible.

Capacité mathématique : Résoudre une équation différentielle linéaire du premier ordre à coefficients constants avec un second membre constant.
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Ondes et signaux

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10.
Caractériser les phénomènes ondulatoires

Notions et contenus
  • Intensité sonore, intensité sonore de référence, niveau d'intensité sonore.
  • Atténuation (en dB).

Capacités exigibles
  • Exploiter l'expression donnant le niveau d'intensité sonore d'un signal.
  • Illustrer l'atténuation géométrique et l'atténuation par absorption.

Capacité mathématique : Utiliser la fonction logarithme décimal et sa fonction réciproque.

Notions et contenus
  • Diffraction d'une onde par une ouverture : conditions d'observation et caractéristiques.
  • Angle caractéristique de diffraction.

Capacités exigibles
  • Caractériser le phénomène de diffraction dans des situations variées et en citer des conséquences concrètes.
  • Exploiter la relation exprimant l'angle caractéristique de diffraction en fonction de la longueur d'onde et de la taille de l'ouverture.
  • Illustrer et caractériser qualitativement le phénomène de diffraction dans des situations variées.
  • Exploiter la relation donnant l'angle caractéristique de diffraction dans le cas d'une onde lumineuse diffractée par une fente rectangulaire en utilisant éventuellement un logiciel de traitement d'image.

Notions et contenus
  • Interférences de deux ondes, conditions d'observation.
  • Interférences constructives, interférences destructives.

Capacités exigibles
  • Caractériser le phénomène d'interférences de deux ondes et en citer des conséquences concrètes.
  • Établir les conditions d'interférences constructives et destructives de deux ondes issues de deux sources ponctuelles en phase dans le cas d'un milieu de propagation homogène.
  • Tester les conditions d'interférences constructives ou destructives à la surface de l'eau dans le cas de deux ondes issues de deux sources ponctuelles en phase.

Notions et contenus
  • Interférences de deux ondes lumineuses, différence de chemin optique, conditions d'interférences constructives ou destructives.

Capacités exigibles
  • Prévoir les lieux d'interférences constructives et les lieux d'interférences destructives dans le cas des trous de Young, l'expression linéarisée de la différence de chemin optique étant donnée.
  • Établir l'expression de l'interfrange.
  • Exploiter l'expression donnée de l'interfrange dans le cas des interférences de deux ondes lumineuses, en utilisant éventuellement un logiciel de traitement d'image.

Capacité numérique : Représenter, à l'aide d'un langage de programmation, la somme de deux signaux sinusoïdaux périodiques synchrones en faisant varier la phase à l'origine de l'un des deux.

Notions et contenus
  • Effet Doppler.
  • Décalage Doppler.

Capacités exigibles
  • Décrire et interpréter qualitativement les observations correspondant à une manifestation de l'effet Doppler.
  • Établir l'expression du décalage Doppler dans le cas d'un observateur fixe, d'un émetteur mobile et dans une configuration à une dimension.
  • Exploiter l'expression du décalage Doppler dans des situations variées utilisant des ondes acoustiques ou des ondes électromagnétiques.
  • Exploiter l'expression du décalage Doppler en acoustique pour déterminer une vitesse.
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11.
Former des images, décrire la lumière par un flux de photons

A.
Former des images

Notions et contenus
  • Modèle optique d'une lunette astronomique avec objectif et oculaire convergents.
  • Grossissement.

Capacités exigibles
  • Représenter le schéma d'une lunette afocale modélisée par deux lentilles minces convergentes ; identifier l'objectif et l'oculaire.
  • Représenter le faisceau émergent issu d'un point objet situé « à l'infini » et traversant une lunette afocale.
  • Établir l'expression du grossissement d'une lunette afocale.
  • Exploiter les données caractéristiques d'une lunette commerciale.
  • Réaliser une maquette de lunette astronomique ou utiliser une lunette commerciale pour en déterminer le grossissement.
  • Vérifier la position de l'image intermédiaire en la visualisant sur un écran.

B.
Décrire la lumière par un flux de photons

Notions et contenus
  • Le photon : énergie, vitesse, masse.
  • Effet photoélectrique.
  • Travail d'extraction.
  • Absorption et émission de photons.
  • Rendement d'une cellule photovoltaïque.

Capacités exigibles
  • Décrire l'effet photoélectrique, ses caractéristiques et son importance historique.
  • Interpréter qualitativement l'effet photoélectrique à l'aide du modèle particulaire de la lumière.
  • Établir, par un bilan d'énergie, la relation entre l'énergie cinétique des électrons et la fréquence.
  • Expliquer qualitativement le fonctionnement d'une cellule photoélectrique.
  • Citer quelques applications actuelles mettant en jeu l'interaction photon-matière (capteurs de lumière, cellules photovoltaïques, diodes électroluminescentes, spectroscopies UV-visible et IR, etc.).
  • Déterminer le rendement d'une cellule photovoltaïque.
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12.
Étudier la dynamique d'un système électrique

Notions et contenus
  • Intensité d'un courant électrique en régime variable.

Capacités exigibles
  • Relier l'intensité d'un courant électrique au débit de charges.

Notions et contenus
  • Comportement capacitif.
  • Modèle du condensateur.
  • Relation entre charge et tension ; capacité d'un condensateur.
  • Modèle du circuit RC série : charge d'un condensateur par une source idéale de tension, décharge d'un condensateur, temps caractéristique.
  • Capteurs capacitifs.

Capacités exigibles
  • Identifier des situations variées où il y a accumulation de charges de signes opposés sur des surfaces en regard.
  • Citer des ordres de grandeur de valeurs de capacités usuelles.
  • Identifier et tester le comportement capacitif d'un dipôle.
  • Illustrer qualitativement, par exemple à l'aide d'un microcontrôleur, d'un multimètre ou d'une carte d'acquisition, l'effet de la géométrie d'un condensateur sur la valeur de sa capacité.
  • Établir et résoudre l'équation différentielle vérifiée par la tension aux bornes d'un condensateur dans le cas de sa charge par une source idéale de tension et dans le cas de sa décharge
  • Expliquer le principe de fonctionnement de quelques capteurs capacitifs.
  • Étudier la réponse d'un dispositif modélisé par un dipôle RC.
  • Déterminer le temps caractéristique d'un dipôle RC à l'aide d'un microcontrôleur, d'une carte d'acquisition ou d'un oscilloscope

Capacité mathématique : Résoudre une équation différentielle linéaire du premier ordre à coefficients constants avec un second membre constant.

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