PLAN DE COURS 203-274 A-2007

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Description

1COLLÈGE MONTMORENCYPLAN DE COURSDépartement : PHYSIQUE-GÉOLOGIE Titre du cours : MOUVEMENT ET CHALEURProfesseur : LAMOTHE, Raymond M No de cours : 203-274-92Bureau C-3621 Pondération : 3-2-3F (450)-975-6100 poste 6323 Programme : Technologie [e-mail] l’Électronique industriellehttp://www.cmontmorency.qc.ca/~rlamothe/ Session : Automne 2007I. ÉNONCÉ DE LA COMPÉTENCE• Utiliser adéquatement les notions de dynamique et de cinématique pour la sélection, la programma-tion et la mise en œuvre des systèmes d’entraînement électrique (moteur, entraînement, convertisseurde mouvement).• Utiliser adéquatement les notions de physique pour sélectionner et mettre en œuvre des capteurs etdes actionneurs.II. BUTS DU COURSCe cours s'adresse aux élèves de troisième année en technologie du génie électrique - électroniqueindustrielle pour les initier à l'application des lois du mouvement et de la chaleur à la résolution deproblèmes reliés aux phénomènes mécaniques et thermiques dans un contexte technique. Il sert donc ànommer et connaître des lois physiques (équations) sous-jacentes à plusieurs applications étudiées ou envoie de l’être.III. ÉLÉMENTS DE LA COMPÉTENCE ET CRITÈRES PARTICULIERS DE PERFOR-MANCEA. Connaître la physique des machines tournantes.• Savoir reconnaître et mesurer une vitesse angulaire.• Savoir reconnaître et mesurer des accélérations ou décélérations angulaires.• Maîtriser et appliquer la notion de moment de force.• ...

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Extrait

I.

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II.

Département : Professeur :

1

COLLÈGE MONTMORENCY

PLAN DE COURS

PHYSIQUEGÉOLOGIE Titre du cours : LAMOTHE, Raymond M No de cours : Bureau C3621 Pondération : FProgramme : (450)9756100 poste 6323 [e-mail] http://www.cmontmorency.qc.ca/~rlamothe/ Session :

ÉNONCÉ DE LA COMPÉTENCE

MOUVEMENT ET CHALEUR 20327492 323 Technologie de l’Électronique industrielle Automne 2007

Utiliser adéquatement les notions de dynamique et de cinématique pour la sélection, la programma tion et la mise en œuvre des systèmes d’entraînement électrique (moteur, entraînement, convertisseur de mouvement). Utiliser adéquatement les notions de physique pour sélectionner et mettre en œuvre des capteurs et des actionneurs.

BUTS DU COURS

Ce cours s'adresse aux élèves de troisième année en technologie du génie électrique  électronique industrielle pour les initier à l'application des lois du mouvement et de la chaleur à la résolution de problèmes reliés aux phénomènes mécaniques et thermiques dans un contexte technique. Il sert donc à nommer et connaître des lois physiques (équations) sousjacentes à plusieurs applications étudiées ou en voie de l’être.

III.

A.        

ÉLÉMENTS DE LA COMPÉTENCE ET CRITÈRES PARTICULIERS DE PERFOR MANCE

Connaître la physique des machines tournantes. Savoir reconnaître et mesurer une vitesse angulaire. Savoir reconnaître et mesurer des accélérations ou décélérations angulaires. Maîtriser et appliquer la notion de moment de force. Connaître la signification de la notion de couple. Savoir distinguer les notions d’énergie et de puissance. Savoir distinguer la force centripète de la force centrifuge. Connaître les causes des vibrations d’une machine tournante. Connaître le fonctionnement des réducteurs de vitesse.

B. 

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C.    

D.   

E.      

F.    

G.   

IV.

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Connaître la cinématique et la dynamique des charges en mouvement linéaire. Connaître les relations entre position, vitesse et accélération par rapport au temps dans les mou vements en ligne droite ou parabolique. Savoir distinguer masse et poids. Connaître les trois lois de Newton et leurs applications. Connaître les notions d’énergies potentielles et cinétiques et savoir les utiliser pour résoudre des problèmes. Connaître l’utilité des poulies. Connaître l’utilité des vis sans fin. Connaître la physique des convoyeurs. Connaître la physique des montecharges.

Connaître des notions de base de la mécanique des fluides. Savoir relier la pression aux forces et aux énergies. Savoir distinguer les écoulements laminaires et turbulents. Savoir définir et mesurer des débits. Connaître les principes des pompes .

Connaître la physique de base relative aux ondes. Savoir comment se comporte la lumière en tant qu’onde électromagnétique. Connaître les propriétés des ondes hertziennes. Connaître les propriétés des sondes mécaniques (ultrasons).

Posséder quelques notions d’optique. Connaître les propriétés des lentilles. Connaître les propriétés des filtres. Connaître les propriétés de la polarisation. Connaître l’effet photoélectrique. Connaître et savoir utiliser la lumière laser. Connaître le fonctionnement des détecteurs photoélectriques de position.

Posséder quelques notions de thermodynamique. Savoir distinguer température et chaleur. Savoir distinguer conduction, convection et radiation. Connaître les bases des transferts de chaleur. Connaître le fonctionnement des radiateurs.

Posséder quelques notions sur les sources radioactives. Connaître la nature et le fonctionnement des rayons X. Connaître la nature et le fonctionnement des traceurs radioactifs. Connaître les règles de manipulation et de sécurité face aux rayonnements hautement énergétiques.

CRITÈRES GÉNÉRAUX DE PERFORMANCE

Respect des directives. Distinction exacte des attributs de chaque concept. Méthode structurée. Transmission claire et précise des résultats.

V.

CONTENU DU COURS

Ch. 1 :

3

PARTIE A  MÉCANIQUE

FORCE ET MOMENT DE FORCE

(7 périodes)

ère Les forces : Propriétés des forces  L’addition des forces  1 loi du mouvement  Le diagramme des forces  Force gravitationnelle  Force élastique  Force normale  Frottement  Tension et compression  ère Corde  Les moments de force  L’addition des moments  Couple  La 1 loi de Newton.

Ch. 2 :

CINÉMATIQUE DE TRANSLATION ET DE ROTATION

Vitesse et accélération. Mouvement parabolique. Mouvement circulaire.

Ch. 3 :

DYNAMIQUE DE TRANSLATION

e 2 loi du mouvement de Newton.

Ch. 4 :

ÉNERGIE, TRAVAIL ET PUISSANCE

(4 périodes)

(1 période)

(4 périodes)

Machines simples. L’énergie : Introduction  Travail  Énergie  Frottement et chaleur  Transfert et conservation de l’énergie  Puissance.

Ch. 5 :

DYNAMIQUE DE ROTATION

e Les causes du mouvement. 2 loi de Newton appliquée à la rotation.

PARTIE B 

er 1 EXAMEN

MÉCANIQUE DES FLUIDES, CHALEUR ET RADIATIONS

(1 période)

Ch. 6 : MÉCANIQUE DES FLUIDES(4 périodes) Hydrostatique. Pression hydrostatique. Instruments pour mesurer la pression. Principe d'Archimède. Hydrodynamique.

Ch. 7 : CHALEUR(7 périodes) Chaleur. Température. Transfert de chaleur par conduction. Transfert de chaleur par convection et par rayonnement. Radiateurs.

Ch. 8 : PHYSIQUE DES ONDES Lumière. Ondes hertziennes. Ondes mécaniques (ultrasons).

(4 périodes)

Ch. 9 : OPTIQUE(6 périodes) Lentilles. Filtres. Polarisation. Effet photoélectrique. Lumière laser. Détecteurs photoélectriques de position.

Ch. 10 : SOURCES RADIOACTIVES Rayons X. Traceurs radioactifs. Règles de manipulation et de sécurité.

e 2 EXAMEN

(2 périodes)

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Laboratoire : Dans la présentation et l'analyse des données recueillies au laboratoire, l'élève devra montrer qu'il sait :  estimer l'incertitude sur une m esure due à l'appareil, à l'expérimentateur et à la méthode expérimentale ;  calculer l'incertitude sur le résultat de l'addition ou de la multiplication de valeurs mesurées ;  indiquer la précision d'une mesure par l'emploi de chiffres significatifs dans les tableaux et des croix et des rectangles sur les graphiques.

VI.

MÉTHODOLOGIE

Le cours se distribuera sur 15 semaines, à raison de 3 heures de théorie et 2 heures de travaux pratiques par semaine aux dates citées à l'Annexeet exigera 3 heures de travail personnel de la part des élèves par semaine.

Il ne s’agit pas de former des professionnel(le)s mais de rendre les élèves capables d’avoir une conversation intelligence avec, par exemple, des ingénieur(e)s ou les professeurs de leur propre département. Le but n’est donc pas de leur bourrer le crâne mais de les rendre familier(e)s avec des concepts et des lois physiques se rattachant plus ou moins directement au m onde de l’électronique industrielle.

Pour aider à comprendre ces lois, qui sont des généralisations, il s’agira, comme dans la vie, de partir du particulier ou du concret, c’estàdire de problèm es, pour reconnaître les concepts impliqués et relier ces variables par des équations.Donc l’accent sera mis sur les problèmes et leurs solutions. La forme du cours sera moins magistrale possible puisque pour bien apprendre une matière il faut travailler et non pas être spectateur. C omme la physique couverte est très vaste, les efforts viseront sans cesse l’essentiel, la base. Il ne s’agira pas d’apprendre « par cœur » des routines ou des formules.

La partie théorique sera présentée sous forme d'exposés en classe de la matière contenue dans le manuel guide.

La partie pratique présente deux aspects. Le premier aspect, les laboratoires viseront à ce que l'élève puisse acquérir une méthodologie scientifique. Le deuxième aspect, les séances de problèmes seront une activité d'évaluation formative qui permettra à l'élève de vérifier son niveau de connaissance, de compréhension et son rythme de progression.

L’élève fera les exercices du manuel durant certaines séances de travaux pratiques (2 h par semaine) en travaillant dans une équipe de trois. Chaque équipe remettra un exercice sur une feuille détachée à la fin de chaque séance. L’exercice sera noté. L’élève aura à manipuler dans les autres séances de travaux pratiques (laboratoires) et l’équipe devra remettre un rapport de laboratoire qui sera noté aussi.

Les heures de travail à la maison (3 h par semaine) devraient être consacrées à la lecture des petits exposés du manuel et à terminer les exercices du manuel.

L’élève est requis de faire tous ses exercices dans un cahier relié (du type et du format qu’il préfère). Cela vaut aussi bien pour les séances de travaux pratiques que pour le travail à la maison. Un paquet de feuilles mobiles brochées ensemble n’est pas un cahier relié.

Les cours, séances de problèmes et les laboratoires commencent à l’heure et il est de laresponsabilité de l’élève d’y être etd’y être à temps. Dans la salle de classe, pendant les cours, les séances d’exercices, les examens de même qu’au laboratoire, onexigeque les étudiantsrangent leurs écouteurs et ferment

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les avertisseursde toutes sortes sur les montres, les téléphones, les démarreurs et autres bidules du genre susceptibles d’émettre un son.

Pour les séances de travaux pratiques, les élèves travaillent par équipes de trois. L'apprentissage du laboratoire fait partie intégrante du cours : l'élève qui serait absent, ne peut récupérer par luimême à domicile. La présence au laboratoire est donc obligatoire.

VII.

MÉTHODE D'ÉVALUATION

Le barème de la session se répartit comme suit :

  Examens :

  Travaux Pratiques :

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Examens

Minitest n°1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . Examen n°1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . Minitest n°2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . Examen n°2 . . . . . . . . . . . . . . . . . .

10 % 24 % 10 % 24 %

Exercices à résoudre . . . . . . . . . . 14 % Rapports de laboratoire . . . . . . . . 18 % )))) TOTAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 %

Les deux (2) examens et les deux (2) minitests sont indiqués dans le déroulement du cours à la section V. CONTENU DU COURSet les dates à l'ANNEXE. Il n'y aura pas d'examen final. Les examens sont à livre fermé avec droit à une (1) feuille d'aidemémoire (8,5" × 11") fournie par le professeur mais l’élève peut l’enrichir et le cahier personnel d’exercices faits par l’élève ; les minitests se feront par internet sur Decclic. Les critères qui serviront à évaluer l’atteinte des objectifs seront de deux ordres : problèmes de même niveau que les exercices du livre utilisant la méthode de résolution de problèmes et des questions sur l’intégration des concepts.

Les exam ens durent deux périodes et les questions sont des questions de calcul du même type que les exercices du manuel. Les exercices et les questions des examens sont corrigés en utilisant les critères suivants : % qualité du français et de la présentation % schéma pertinent % démarche explicite (formules écrites), complète et juste % calculs complets et exacts, réponses avec les unités .

L'élève a 5 jours ouvrables pour demander une réévaluation d'un examen. Les copies notées des examens seront conservées par le professeur et les élèves pourront les consulter.

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Travaux pratiques

Vous travaillez en groupes coopératifs de trois élèves. Les groupes seront formés par l’enseignant et seront reformés à chaque tiers de la session.

La présence aux séances de TP est obligatoire. Les TP obéissent à une dynamique différente de celle du travail à la maison, puisqu’il s’agit d’échanger avec deux autres élèves sous la direction de l’enseignant. L’élève ne peut donc pas les remplacer par du travail personnel. Il n’y a pas de reprise lors d’une absence

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à un TP, quel que soit le m otif de l’absence. Pour les TP avec manipulations le rapport d’équipe doit être remis avant de quitter la salle de laboratoire, donc il se fait sur place.

La note totale des TP sera calculée de la façon suivante :  Exercices à résoudre : la m oyenne des m eilleures notes des TP en excluant la m oins bonne note si l’élève a été présent à toutes les séances de tra vaux pratiques, une seule absence sera tolérée.  Rapports de laboratoire : la moyenne des m eilleures notes des rapports en excluant la moins bonne note si l’élève a été présent à toutes les séances de laboratoire, une seule absence sera tolérée.

Règlement au laboratoire de physique:

Préambule :

Le laboratoire doit être un milieu de vie et de travail favorisant l’apprentissage et la réussite scolaire et, à cette fin :

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Les relations entre toutes les personnes qui y travaillent doivent se dérouler dans un climat de convivialité et de respect mutuel. Le matériel qui s’y trouve doit être utilisé adéquatement et aux seules fins prévues par le cours.

Il est interdit:

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d’apporter toute nourriture et/ou breuvage dans les salles de laboratoire ; d’apporter tout vêtement d’extérieur (paletot,...) ; de placer autre chose sur les tables de laboratoire que son journal de laboratoire, son guide de laboratoire et sa calculatrice ; les sacs d’école vont sous les tables ; d’utiliser ou de laisser actif un téléphone cellulaire et/ou tout autre dispositif électronique. d’utiliser les ordinateurs à d’autres fins que celles prévues par le laboratoire.

Règles d’application de la PIÉA

Les règles d’application par le département de physiquegéologie de la Politique Institutionnelle d’Évalua tion des Apprentissages (PIÉA) du collège sont les suivantes :

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Présence en classe

En physique et en géologie, certains objectifs sont poursuivis à travers des séances de travaux pratiques faisant l’objet d’une évaluation sommative, la présence à ces séances est par conséquent obligatoire.

L’enseignant(e) n’est pas tenu de permettre à l’élève de reprendre une séance de travaux pratiques.

L’élève ne peut pas substituer une autre activité aux travaux pratiques.

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

Les retards lors des travaux et examens

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L’enseignant(e) n’est pas tenu d’accepter un travail rem is en retard. S’il accepte, il peut pénaliser ce retard s’il estime qu’il a permis à l’élève de profiter d’un avantage indu sur les autres élèves.

L’élève absent à un examen pour un motif que l’enseignant(e) considère sérieux peut reprendre cet examen à deux conditions :

% %

c’est une première absence à un examen dans ce cours ; l’élève aura pris soin de contacter l’enseignant(e) au plus tard la première journée ouvrable suivant l’examen.

Cahier d’exercices

L’élève aura à se constituer une banque d’exercices qu’il aura résolus dans un cahier relié ; les photocopies, les cartables et les feuilles isolées ne sont pas autorisés. L’élève aura droit à son cahier d’exercices pour les examens qu’il devra remettre avec sa copie d’examen.

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Présentation

10% sera attribué à tout document écrit pour son orthographe et sa présentation, en plus, les erreurs de syntaxe et de notation mathématiques (équations, graphiques, unités, etc.) seront pénalisées.

Aux examens, vous perdez 0,2 point par faute (jusqu'à un maximum de 2 points) en particulier si :

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vous orthographiez mal un mot présent dans l'énoncé de la question ; vous utilisez mal le signe = (ex. : 3x = 24 = 8) ; vous écrivez deux (2) signes d'opérations consécutifs (ex. : 7 + 3 = 4) ; vous écrivez une réponse désordonnée.

Abandon

Il serait préférable que tout élève voulant abandonner ce cours, en discute préalablement avec le professeur.

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Encadrement

L'élève qui a une moyenne cumulative inférieure à 60% a droit à un encadrement assorti d'une possibilité d'améliorer sa note. Les modalités de la mise en œuvre de cette bonification sont :

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e e à partir de la 6 et jusqu'à la 15 semaine de cours, l'élève qui n'aura pas accumulé 65% de m oyenne devra remettre, sur un gabarit de résolution de problème, l’exercice à l’enseignant chaque semaine. Chaque exercice hebdomadaire sur le gabarit permettra à l’élève d’accumuler ½ point dans un banque de points ; l'élève pourra s'établir ainsi une banque ou une réserve de 5 points au maximum ; la réserve ou la banque ne peut servir que si l'élève a une moyenne cumulative inférieure à 60% ; l'élève qui a une moyenne cumulative supérieure à 65% pourra constituer l’ensemble des exercices sur gabarit mais n'aura pas à les remettre chaque semaine à l’enseignant ; il pourra les conserver et les remettre à la fin de la session advenant que sa moyenne cumulative se retrouve accidentellement en bas de 60% dans les dernières étapes de la session.

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Les modalités de la mise en œuvre de cette bonification ne peuvent pas varier à l'intérieur d'un cours donné. Si cette bonification doit être utilisée pour réussir le cours, la note au bulletin sera de 60.

VIII.

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BIBLIOGRAPHIE

Volumes obligatoires : 1. GONZÁLEZ, Teolindo, LAMOTHE, Raymond M, LAUZO N , André et VAILLANCOURT, Jean. e MOUVEMENT ET CHALEUR (notes de cours 203274). Laval, Collège Montmorency, 7 éd. 2006. 113 p. Disponible à la Boutique, n / 986411, prix . 78$.

2.

LAMOTHE, Raymond M et LAUZON, André. GUIDE DE LABORATOIRE 203274. Laval, Collège e Montmorency, 5 éd. 2005. 107 p. Disponible à la Boutique, n / 982857, prix . 78$.

Volumes à consulter : 1. CROMER, Alan. PHYSIQUE dans les domaines scientifiques et industriels  MÉCANIQUE. Éditions McG rawHill, 1983. 257 p. 2. VAN DER MERWE, C.W. PHYSIQUE GÉNÉRALE. Série Schaum . Éditions McGrawHill, 1990. 295 p.

SITE W EB DU PROFESSEUR:

http://www.cmontmorency.qc.ca/~rlamothe

Vous y trouverez des fichiers à téléverser de simulations et autres documents (fichiers Excel, …) ainsi que des messages aux élèves. D’autres simulations sont disponibles à partir du site du département de physiquegéologie : http://www.cmontmorency.qc.ca/sdp/sciences/phys/

PLATEFORME DECclicII :

Code usager : Mot de passe :

7 derniers chiffres de votre Demande d’Admission. 12 caractères de votre code permanent

http://lms2.decclic.qc.ca/

MINITEST N / 2

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4

7

6

8

8

11

9

V. 14 septembre

Ma. 16 octobre

V. 9 novembre

er 1 EXAMEN

J. 27 septem bre

J. 20 septem bre

e r J. 1 novem bre

J. 29 novem bre

gr. n / 010 2

(1 ) SEM AINES N /

3

2

1

Cha pitre 1 (suite)  Ch apitre 2 Laboratoire N° 1 : Rapport d’engrenage

(1 )

4

J. 22 novem bre

14

13

12

J. 15 novem bre

Ma. 11 décembre

15

gr. n /

Cha pitre 9 Laboratoire N° 9 : Absorption et ém ission de rayonnem ents

Cha pitre 3  Ch apitre 4 Laboratoire N° 3 : Frein de Prony

Toutes m od ifications seron t a n n o n cées 1 sem aine à l'avan ce si possible. En aucun cas, l'ab sence à un cours ne pourra être invoquée pour justifier l'ignorance des chang ements au plan de cours.

ANNEXECALENDRIER

Cha pitre 7 Laboratoire N° 6 : Dilatation therm ique

Cha pitre 7(suite) Cha pitre 8 Laboratoire N° 7 : C onductivité therm ique

J. 25 octobre

Cha pitre 6 (suite) Laboratoire N° 5 : Statique des fluides

Cha pitre 4 (suite) Laboratoire N° 4 : Projectile

e 2 EXAMEN

Chapitre 9 (suite)  Chapitre 10 Laboratoire N° 11 : Phénomènes optiques

9

Cha pitre 1 (suite)

J. 13 septem bre

J. 6 septem bre

Cha pitre 6

Cha pitre 5

Cha pitre 1 Laboratoire : Métrologie (cours)

MINITEST N / 1

Cha pitre 2 (suite) Laboratoire N° 2 : Puissance

10

THÈM ES