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Guide pratique du lycéen - Physique Seconde S

De
202 pages
Conforme à la lettre et à l'esprit du nouveau programme de seconde scientifique (applicable depuis la rentrée 2008), le Guide pratique du lycéen physique seconde S couvre l'ensemble des chapitres relatifs à la mécanique, à l'électricité, à l'électronique et à l'optique. Comportant des outils d'évaluation variés, en adéquation avec les nouvelles tendances pédagogiques, chaque chapitre se décompose en trois rubriques?: "Connaissances essentielles du cours" pour une simple restitution des définitions des concepts clés à travers des exercices riches et variés?; "Application du cours" pour amener l'élève à tester son aptitude à transférer ou à mobiliser ses connaissances pour la résolution d'un problème relatif à la vérification de l'assimilation d'un certain nombre de compétences exigibles?; enfin, "Je teste mes connaissances" pour permettre à l'élève de s'auto-évaluer. Conçu par I. Sakho, Docteur en Physique atomique et nucléaire, ce manuel à destination des lycéens de seconde S conjugue moyens d'assimiler les connaissances et mises en application de celles-ci dans une succession d'exercices qui vont du traditionnel QCM au problème, afin d'assurer à l'élève une pleine possession des sujets au programme. Un outil de validation et de mobilisation des savoirs qui se distingue encore par sa clarté et sa capacité à jouer sur les niveaux de difficulté!
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Guide pratique du lycéen
Physique Seconde S


Du même auteur



Histoire de l’atome,
éditions Publibook, 2011

Guide pratique du lycéen – Physique Première S,
éditions Publibook, 2010

Guide pratique du lycéen – Chimie Première S, Ibrahima Sakho










Guide pratique du lycéen
Physique Seconde S






















Publibook Retrouvez notre catalogue sur le site des Éditions Publibook :




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Cet ouvrage a fait l’objet d’une première publication aux Éditions Publibook en 2013
Guide Pratique du Lycéen
Physique Seconde S

Par
I. Sakho
Docteur en Physique Atomique et Nucléaire

_* Ancien élève de l’École Normale Supérieure de Dakar (1994 1996).
* Ancien Professeur de Sciences Physiques : lycée Alpha Molo Baldé de Kolda (1996 –
2002), lycée de Bambey (2002 – 2008), lycée Technique Industriel Maurice Delafosse
(2008 – 2010).
_* Fonction actuelle : Enseignant Chercheur, Département de Physique, UFR des Sciences et
Technologies, Université de Ziguinchor (Sénégal).




































1


Mes fils
Mouhammad A’bdoullah
Ahmad A’bdourrahman

Mes filles jumelles très chéries

Amina & Fatima





























2


















































3
Avant-propos
Les Guides Pratiques du Lycéen sont constitués d’une série d’ouvrages de Sciences
Physiques conformes aux programmes des classes de Seconde, Premières et Terminales
scientifiques.

Après quatorze années d’enseignement des Sciences physiques, nous avons estimé
partager avec la postérité sénégalaise, notre modeste expérience en matière de transmission et
d’évaluation des connaissances dans les différentes classes scientifiques du second cycle.
C’est ainsi que nous avons proposé les Guides Pratiques du Lycéen, une série de manuels
fondés sur une vision vivante et presque tangible du savoir, faisant le pari d’assurer au lycéen
des années scolaires placées sous le signe de la réussite.

Ce livre, sous sa dénomination « Guide Pratique du Lycéen, Physique Seconde S » est
conforme à la lettre et à l’esprit du nouveau programme de Seconde scientifique applicable
depuis la rentrée 2008.

Des ouvrages très accessibles mettant l’accent exclusivement sur l’évaluation :

Évaluer, c’est « déceler des insuffisances et apporter des moyens de les résoudre »,
nous enseignait notre formateur en physicopédagogie, en l’occurrence le Professeur
Mamadou DIAW lors de notre formation à l’école Normale Supérieure de Dakar
(19941996). Qu’il trouve ici témoignée, notre profonde gratitude. L’évaluation fait donc partie
intégrante de l’enseignement – apprentissage en ce sens qu’elle permet non seulement à
l’animateur de procéder à un contrôle des connaissances transmises en classe mais et surtout,
c’est grâce à elle que l’apprenant passe en classe supérieure. Pour cette raison, l’évaluation
porte fondamentalement sur le contrôle des compétences exigibles telles que préconisées par
le programme en vigueur. Elle ne saurait donc faire l’objet de contrôles continus de
connaissances basés sur des exercices stéréotypés invoquant l’application de formules souvent
indigestes et qui de surcroit, ne sont conformes ni à l’esprit ni à la lettre du programme en
vigueur.

Conscient de la double mission dont tout enseignant est investie (celle d’éduquer et de
transmettre des connaissances), nous avons jugé nécessaire de mettre à la disposition aux
élèves en classe de Seconde scientifique, un outil efficace de travail leurs permettant de se
concentrer sur l’essentiel et par conséquent, leurs évitant de disperser leurs efforts en traitant
des exercices titrés souvent d’ouvrages non adaptés au programme en vigueur.

Pour ce qui concerne les deux Guides Pratiques du Lycéen, Physique Seconde S et
Chimie Seconde S, ils sont conçus dans le même esprit avec un plan et une structure
typographique strictement semblable. C’est ainsi que les deux ouvrages comportent des
outils d'évaluation variés, en parfaite adéquation avec les nouvelles tendances pédagogiques:
Phrases à trou, Q.C.M (Questions à Choix Multiples), Q.R.C (Questions à Réponses
Courtes), exercices à caractère expérimental, exercices d'approfondissement de savoir
faire théorique et/ou expérimental et enfin, épreuves de tests de connaissances avec un
barème.



4
Des ouvrages pour l’élève :

Les Guides Pratiques du Lycéen, Physique Seconde S et Chimie Seconde S visent
essentiellement à préparer l'élève en classe de Seconde scientifique à mieux être évalué et à
s'auto – évaluer.

Conçues pour une vérification des acquis et pour un contrôle effectif de leurs
compréhensions, les épreuves de tests de connaissances consignées dans lesdits Guides
Pratiques du Lycéen, donnent aux apprenants l’occasion de se préparer de façon efficace et
efficiente aux diverses séances de contrôles continus de connaissances et aux évaluations des
premier et second semestres.

Les divers outils d’évaluation déclinés dans les Guides Pratiques du Lycéen, Physique
Seconde S et Chimie Seconde S, sont répartis en trois grandes rubriques pour chaque
chapitre :

La rubrique « Connaissances essentielles du cours » pour une simple restitution des
définitions des concepts clés à travers d’exercices riches et variés : phrases à trou, Q.C.M
(Questions à Choix Multiples) et Q.R.C (Questions à Réponses Courtes);

La rubrique « Application du cours » pour amener l’élève à tester son aptitude à
transférer ou à mobiliser ses connaissances du cours pour la résolution d’un problème relatif
à la vérification de l’assimilation d’un certain nombre de compétences exigibles. Sachant
qu’il n’existe pas d’enseignement des Sciences physiques sans expérimentation, des exercices
à caractère expérimental sont venus étoffer les problèmes proposés dans cette rubrique;

Enfin, la rubrique « Je teste mes connaissances » pour permettre à l’élève de
s’autoévaluer. Cette rubrique permet ainsi à l’élève de vérifier son aptitude à mobiliser ses
connaissances directes du cours et/ou ses acquis (lorsque l’exercice proposé fait appelle à des
connaissances relatives aux chapitres antérieurs) pour la résolution d’un problème donné.

Dans le cas général, nombre d’auteurs ont fait le choix pédagogique de limiter les
réponses à certains des exercices et problèmes proposés dans leurs ouvrages. L’option faite
dans le cas des Guides Pratiques du Lycéen est tout à fait différente. Nous avons estimé
donner à la fin de chaque livre, toutes les réponses à l’ensemble des exercices et épreuves de
tests de connaissances proposés. Nous justifions ce choix par le simple fait que nous pensons
qu’il est bon, après avoir traité un exercice, que l’élève sache s’il a trouvé ou non les réponses
à apporter aux questions posées. Cependant, pour que ce présent manuel profite au maximum
à l’élève utilisateur, il lui appartiendra de fournir tout l’effort nécessaire à la résolution des
problèmes proposés et d’éviter à chaque fois de s’appuyer sur les solutions données pour
avancer.

Pour une bonne exploitation des Guides Pratiques du Lycéen, l’élève est convié à être
assidu aux cours. Ces guides viennent donc en appoint à l’enseignement donné par le
professeur en classe.

Cet ouvrage, Guide Pratique du Lycéen, Physique Seconde S est le premier paru de la
série des Guides Pratiques du Lycéen, Physique et Chimie Seconde S, Physique et Chimie
Premières S et Physique et Chimie Terminales S. Nous osons espérer que les élèves sauront
5
en tirer un meilleur profit, et que les Guides Pratiques du Lycéen serviront avantageusement
à la postérité sénégalaise qui excellera dans la maîtrise des Sciences et Techniques.

Dans le soucieux de doter l’élève d’un esprit scientifique, nombre de rubriques relatives à
l’assimilation des compétences de savoir et de savoir faire théorique et expérimental, sont
présentés au début et à la fin de cet ouvrage :

Au début de cet ouvrage figurent : des symboles normalisés de dipôles, des constantes
fondamentales et des grandeurs physiques;

Á la fin de cet ouvrage, un lexique rappelle la définition des mots et groupes de mots
indispensables à la compréhension des Sciences physiques en classe de Seconde
scientifique.

Nous remercions chaleureusement Monsieur Amady Ndiokhane, Coordonnateur
Pédagogique National de Sciences Physiques pour ces notes de relecture relatives aux deux
Guides Pratiques du Lycéen, Physique Seconde S et Chimie Seconde S en 2007. Nous
témoignons de même notre profonde gratitude aux professeurs de Sciences physiques qui ont
accepté de corriger l’intégralité des exercices proposés nous permettant ainsi de vérifier
l’exactitude de nos solutions aux exercices proposés dans cet ouvrage. Il s’agit notamment de
Kéba Gueye, professeur de Sciences Physiques au Prytanie Militaire de Saint-Louis (pour les
parties mécanique, électricité et optique) et de Saïbatou Yague du lycée El Hadji Lamine
Badji de Ziguinchor (pour la partie électricité).
Nous remercions de même par avance, tous ceux qui nous feront parvenir critiques,
remarques et suggestions à l’adresse électronique ci-dessous.

Enfin, nous rendons grâce à Allah Qui nous a permis de réaliser ce travail

L’auteur Bambey, le 19 juin 2007
Ziguinchor, le 19 juin 2012
coursphysique_sakho@yahoo.fr

















6
Programme officiel de Seconde, août 2008

Expériences de mise en évidence des deux PREMIÉRE PARTIE
espèces d’électricité.
ÉLECTROSTATIQUE - Analyse documentaire : exemple sur la
ÉLECTRICITÉ- foudre.
ÉLECTROCINÉTIQUE
P Généralités sur le courant électrique. 2
P Phénomènes d’électrisation ; 1
☻Objectifs d’apprentissage
Réaliser des circuits électriques. ☻Objectifs d’apprentissage
Donner les schémas normalisés des Distinguer les modes
différents dipôles. d’électrisation.
Donner le schéma du montage d’un circuit Réaliser l’électrisation par
électrique. frottement et par contact.
Utiliser les effets du courant électrique ; Classer les corps dans l’échelle
donner des exemples d’utilisation possible. triboélectrique.
Utiliser le sens du courant électrique. Décharger un corps.
Utiliser de façon pratique différents Utiliser l’interprétation
appareils d’une maison : compteur, électronique de l’électrisation
disjoncteur, fusibles, boites de dérivation, pour expliquer certains
prises, prise de terre. phénomènes électriques.
Retenir les avantages et inconvénients des Déterminer le signe d’une
deux types principaux de circuit. charge.
Indiquer quelques dangers du courant Utiliser la relation Q = ne.
électrique. Distinguer un conducteur d’un
Prendre des mesures de précaution contre isolant électrique.
les dangers du courant électrique. Analyser un texte scientifique.


☻Contenus ☻Contenus
Circuit électrique Quelques modes d’électrisation
Dipôles électriques : générateur, récepteur, Électrisation par frottement.
interrupteur………… Électrisation par contact.
Symboles normalisés des dipôles et Électrisation par influence
schéma d’un circuit. Charges électriques
Conducteurs et isolants électriques. Les deux espèces d’électricité.
Types de circuit : série, dérivation. Unité.
Effets du courant électrique Interprétation électronique
Sens conventionnel du courant électrique Électron.
Nature du courant électrique Proton.
Conducteurs métalliques. Charge élémentaire.
Électrolytes. Conducteurs et isolants
Avantages, dangers du courant électrique, électriques
mesures de sécurité
☻Activités d'apprentissage Masse électrique
Expériences d’électrisation :
☻Activités d'apprentissage Stylo frotté, pendule électrique,
Réalisation du circuit pile - ampoule électroscope.
électrique. Expériences de décharge.

7
Réalisation et distinction de Mesure de l’intensité du courant dans un
circuits série et de circuits en circuit.
dérivation. Expériences : vérification des propriétés de
Étude du circuit électrique l’intensité du courant.
d’une bicyclette.
Étude de la maquette du circuit P Tension électrique………….. 4
d’une maison.
Expériences d’illustration pour ☻Objectifs d’apprentissage
les effets du courant électrique. Relier le passage d’un courant à l’existence
Expérience de mise en d’une tension électrique.
évidence du sens du courant Utiliser convenablement un voltmètre.
électrique. Choisir le calibre le mieux adapté.
Prise en compte de mesures de Présenter le résultat d’une mesure.
sécurité. Vérifier les propriétés de la tension
électrique à l’aide du voltmètre.
P Intensité du courant électrique 3 Appliquer les lois de la tension électrique.

Distinguer tension continue et tension
☻Objectifs d’apprentissage
variable, tension alternative et tension non
Relier l’intensité du courant
alternative, tension sinusoïdale et tension
continu au débit de porteurs de
non sinusoïde, tension périodique et
charges.
tension non périodique.
Utiliser convenablement un
Utiliser les conventions de signes pour i et
ampèremètre.
u.
Choisir le calibre le mieux
Donner la convention récepteur.
adapté.
Prendre des mesures de sécurité.
Présenter le résultat d’une
mesure. ☻Contenus
Vérifier les propriétés de Notion de tension électrique
l’intensité à l’aide de Détection de la tension.
l’ampèremètre. Appareils de mesure de la tension
Appliquer les lois de l’intensité Voltmètre, multimètre
du courant. Branchement.
Calibre.
☻Contenus Classe et incertitude.
Notion d’intensité Oscilloscope
Variation des effets et intensité. Propriétés de la tension
Définition. Loi d’additivité.
Appareils de mesure de Unicité entre branches en parallèle.
l’intensité : ampèremètre Tensions variables
Branchement. Tension variable.
Calibre. Tension alternative.
Classe et incertitude Tension sinusoïdale.
Propriétés de l’intensité Convention récepteur
Unicité en circuit série. Mesures de sécurité
Loi des nœuds. Tension de sécurité.
Intensité et tension limites.
☻Activités d'apprentissage
☻Activités d'apprentissage Expérience : relation entre
Expérience : approche du concept de effets du courant et intensité.
tension (détection par un appareil).
8
Expérience : mesure de la Caractéristiques courant-tension (et tension
tension électrique. - courant).
Expériences : vérification des Loi d’ohm.
propriétés de la tension : loi Résistance et conductance.
d’additivité puis unicité entre Lois d’association des résistors.
les bornes de deux dipôles en Dipôles passifs non linéaires
parallèle. VDR.
Visualisation de tension Diodes.
variable à l’oscilloscope : Limites de fonctionnement.
détermination des grandeurs Intensité et tension limites.
caractéristiques des tensions Mesures de sécurité.
périodiques (la tension ☻Activités d'apprentissage
sinusoïdale en particulier). Expérience : réalisation de circuits pour la
Schématisation: convention catégorisation des dipôles en dipôles
récepteur passifs et dipôles actifs.
Réalisation du montage potentiométrique.
P Dipôles passifs ……… … Étude expérimentale du conducteur 5
ohmique.
Expérience : lois d’association des ☻Objectifs d’apprentissage
résistors. Distinguer dipôle actif et
Expérience : détermination des facteurs dipôle passif.
dont dépend la résistance d’un fil Réaliser un montage
métallique homogène de section constante. potentiométrique.
Étude expérimentale : tracé de Tracer les caractéristiques de
caractéristiques ; visualisation à dipôles passifs
l’oscilloscope. Exploiter les caractéristiques

de dipôles passifs.
P Dipôles actifs ……… ……….. 6 Reconnaître les caractéristiques
de quelques dipôles passifs
☻Objectifs d’apprentissage (résistor, varistance, diode
Distinguer convention générateur et simple et diode Zener).
convention récepteur. Appliquer la loi d’ohm pour un
Exploiter la caractéristique d’un dipôle résistor.
actif linéaire. Utiliser les lois d’association
Déterminer la f.é.m. et la résistance interne des résistors.
d’un dipôle actif linéaire. Donner l’utilisation pratique de
Utiliser la loi d’Ohm pour un dipôle actif quelques dipôles passifs
linéaire. (résistor, VDR, diodes…).
Utiliser la loi d’association en série directe Tenir compte des limites de
ou inverse des dipôles actifs linéaires. fonctionnement d’un dipôle.
Donner quelques exemples de générateurs Prendre des mesures de
usuels de courant. sécurité pour l’utilisation des
Donner quelques utilisations pratiques de dipôles.
dipôles actifs.
☻Contenus Prendre des mesures de sécurité.
Dipôles Appliquer la loi de Pouillet.
Notion de dipôle.
☻Contenus Catégorisation, montage
Rappels et compléments potentiométrique.
Dipôle actif. Dipôle passif linéaire
9
Convention générateur. Amplification d’une tension
Gain d’un amplificateur. Dipôles actifs linéaires
Force électromotrice. Montage amplificateur non inverseur.
Résistance interne. e amplificateur inverseur.
Loi d’ohm. Montage suiveur.
Intensité de court circuit.
☻Activités d'apprentissage Lois d’association en série directe
Observations. et série inverse.
Expérience descriptive. Générateurs usuels
Expériences: montages amplificateurs Source de tension idéale.
inverseur, non inverseur, montage suiveur. Accumulateur.
Redresseurs.
Photopiles. DEUXIÉME PARTIE :
Loi de Pouillet. MÉCANIQUE
☻Activités d'apprentissage

Schématisation : convention
P Généralités sur le mouvement Vitesse 8 générateur.

Étude expérimentale de la pile.
☻Objectifs d’apprentissage Expérience : lois d’association.
Illustrer la notion de mouvement par des Étude de la caractéristique d’un
exemples. accumulateur.
Illustrer la relativité du mouvement par des Expérience : vérification de la
exemples. loi de Pouillet.
Relier trajectoire d’un mobile et
référentiel. P Amplificateur opérationnel: 7
Faire un choix judicieux du référentiel et amplification d’une tension
du repère pour l’étude d’un mouvement.
☻Objectifs d’apprentissage Exploiter des enregistrements.
Distinguer les bornes d’un Distinguer translation et rotation.
amplificateur opérationnel Déterminer la mesure de la vitesse (calcul,

(entrées inverseuse E, non exploitation de documents et d’expériences).
+inverseuse E et sortie S). Déterminer le vecteur vitesse d’un point
Utiliser la représentation matériel.
symbolique d’un A.O. Déterminer la vitesse angulaire.
Utiliser les propriétés de
l’amplificateur opérationnel ☻Contenus
+
parfait en régime linéaire (U E Mouvement
+
= U ou = 0 ; I = I = 0). Exemples. E
Distinguer les montages Relativité du mouvement.
amplificateurs inverseur, non Référentiels. Translation et rotation
inverseur avec le montage Concept de référentiel et exemples
suiveur. (héliocentrique, géocentrique et terrestre).
Réaliser des montages avec Repères d’espace et de temps.
l’A.O. Trajectoire et référentiel.
Calculer le gain d’un Translation et rotation.
amplificateur. Vitesse
Vitesse d’un point matériel.
☻Contenus Vecteur vitesse.
Amplificateur opérationnel Vitesse angulaire.
Description et caractéristiques.
Fonctionnement d’un A.O. ☻Activités d'apprentissage
10
Observations (chute des Schématisation.
corps, véhicule, tapis Illustrations.
roulant).
Exploitation P La masse. Le poids. La relation 10
d’enregistrements (voir entre poids et masse ..
documents CN).
Calculs.
☻Objectifs d’apprentissage Exploitation
Déterminer les valeurs de la masse et du d’enregistrements (voir
volume d’une substance solide ou liquide,
documents CN).
sa masse volumique
Schématisation.
Donner les valeurs numériques de la masse

volumique ou de la densité de quelques
P Généralités sur les forces 9 substances (eau, air).

Utiliser la relation entre la masse, la masse
☻Objectifs d’apprentissage volumique et le volume.
Identifier certaines interactions Déterminer la densité relative.
entre objets. Déterminer les caractéristiques du poids
Distinguer interaction de d’un corps et de celles du vecteur champ
contact et interaction à de pesanteur.
distance. Faire la représentation vectorielle du poids
Identifier une force par ses d'un corps.
effets. Distinguer le poids et la masse.
Rappeler les caractéristiques Utiliser la relation entre le poids et la
d’une force. masse (P = m g). *
Représenter une force.
Utiliser le principe des ☻Contenus
interactions.
Masse
Définition. ☻Contenus
Mesures, unités. Interaction entre objets.
Masse volumique - Densité Interaction de contact.
Définition. Interaction à distance.
Mesures. Système.
Poids La force
Mise en évidence. Effets.
Caractéristiques. Caractéristiques et
Mesures, unités. représentation : tension d’un
Représentation vectorielle. fil ou d’un ressort, réaction
Relation entre poids et masse d’un support.
Intensité de la pesanteur. Forces localisées et forces
réparties.
Forces extérieures et forces ☻Activités d'apprentissage
Expérience : utilisation de la balance. intérieures.
Expérience : détermination de la masse Le principe des interactions
volumique et de la densité. Énoncé du principe.
Expérience : recherche des caractéristiques Exemples d’illustration.
du poids, utilisation du dynamomètre.
☻Activités d'apprentissage Expérience : établissement de la relation
Observations simples. entre poids et masse.
Expériences.
11
☻Objectifs d’apprentissage P Équilibre d’un solide 11
Identifier axe et sens de rotation. soumis à des forces non
Evaluer le moment d’une force. parallèles …… …

Réaliser l’équilibre d’un solide pouvant ☻Objectifs d’apprentissage
tourner autour d’un axe.
Identifier des forces non
Traduire la condition d’équilibre d’un
parallèles, des forces
solide mobile autour d’un axe.
coplanaires.
Exploiter la condition d’équilibre d’un
Réaliser l’équilibre d’un solide e.
à l’aide de forces non
Traduire les conditions générales
parallèles.
d’équilibre d’un système.
Traduire la condition
Exploiter les conditions générales
d’équilibre d’un solide soumis ystème.
à des forces non parallèles.
Déterminer les caractéristiques d’un couple
Exploiter la condition
de forces (sens et moment du couple).
Donner des applications pratiques du rallèles.
théorème des moments : balance et
Appliquer la règle de
machines simples.
composition des forces.
Déterminer les caractéristiques ☻Contenus
de la force de tension d’un Rotation autour d’un axe :
ressort ou d’un fil, la réaction Axe et sens de rotation.
d’un support, la force de Force orthogonale à un axe.
frottement….. Distance de la ligne d’action d’une force à
l’axe.
☻Contenus Moment d’une force par rapport à un axe
Équilibre sous l’action de forces Facteurs dépendants.
non parallèles Expression algébrique.
Forces non parallèles. Équilibre d’un solide mobile autour d’un
Forces coplanaires. axe
Conditions nécessaires Théorème des moments.
d’équilibre. Conditions générales d’équilibre.
Couple de forces. Couples de forces
Loi de composition des forces Notion de couple.
Résultante de deux forces. Couple de torsion.
plusieurs forces. Moment d’un couple.
Applications
☻Activités d'apprentissage Balance.
Observations. Machines simples : poulie, levier, treuil….
Schématisation.
☻Activités d'apprentissage Expérience : équilibre d’un
Observations. solide.
Schématisation. Représentation : règle du
Expérience : disque mobile autour d’un parallélogramme, Expérience,
axe fixe. Schématisation.
Expérience : équilibre d’un solide autour
d’un axe. P Équilibre d’un solide 12 Représentation.
mobile autour d’un axe fixe Expérience : pendule de torsion

12
☻Activités d'apprentissage TROISIÉME PARTIE :
Observations et utilisation de sources
OPTIQUE lumineuses.
Expériences: utilisation du "Kitoptic",
P Propagation rectiligne de utilisation du banc d'optique. 13
Visualisation sur un écran de l'ombre la lumière
portée et de la pénombre portée d'un objet.
☻Objectifs d’apprentissage Réalisation de visées.
Distinguer une source primaire Confection d'une chambre noire.
(réelle) d’une source
P Réflexion de la lumière secondaire (apparente). 14
Distinguer les sources des
☻Objectifs d’apprentissage récepteurs de lumière.
Distinguer diffusion et réflexion. Identifier expérimentalement
Utiliser les lois de la réflexion. des milieux transparents,
Tracer la marche d’un rayon lumineux. translucides et opaques.
Construire l'image d'un objet donné par un Restituer le principe de la
miroir plan. propagation de la lumière.
Donner les caractéristiques de l'image d'un Mettre en évidence la
objet réel donnée par un miroir plan. propagation rectiligne de la
Appliquer la réflexion dans la vie courante. lumière.

Expliquer la formation des ☻Contenus
ombres et des pénombres. Réflexion de la lumière
Réflexion diffuse et réflexion spéculaire.
☻Contenus Miroir plan.
Sources et récepteurs de Milieu réfringent.
lumières Rayon incident, rayon réfléchi, angle
Types de sources. d'incidence et angle de réflexion.
Récepteurs de lumière. Lois de Descartes pour la réflexion.
Propagation rectiligne de la Objet réel, objet virtuel.
lumière Image virtuelle, image réelle.
Faisceaux lumineux Applications
(convergent, divergent,
cylindrique). ☻Activités d'apprentissage
Rayon lumineux. Expérience : mise en évidence du
Milieu homogène. phénomène.
Milieu transparent, translucide, Réalisation de l'expérience des deux
opaque. « bougies ».
Vitesse ou célérité de la Expérience : Vérification des lois de la
lumière. réflexion (utilisation du "Kitoptic" et/ou du
Année lumière. dispositif avec tableau magnétique).
Ombres et pénombres
Ombre propre et ombre portée. P Réfraction de la lumière. 15
Pénombre propre et pénombre
portée. ☻Objectifs d’apprentissage
Applications Distinguer diffusion, réflexion et
Visée. réfraction.
Chambre noire. Utiliser les lois de la réfraction.
Éclipses Tracer la marche d’un rayon lumineux.

13
Appliquer la réfraction dans la Angle limite de réfraction et réflexion
vie courante. totale.
Retenir l’ordre de déviation des
radiations de la lumière Applications
blanche vers la base du prisme. Fontaine lumineuse.
Distinguer lumière Fibre optique.
polychromatique et l
monochromatique. Dispersion de la lumière blanche par un
Expliquer le phénomène de prisme
l’arc en ciel.
☻Activités d'apprentissage
☻Contenus Expérience : mise en évidence du
Réfraction de la lumière phénomène.
Rayon réfracté. Expérience : vérification des lois de la
réfraction (utilisation du "Kitoptic" et/ou
Angle de réfraction. du dispositif avec tableau magnétique).
Lois de Descartes pour la Mise en évidence du phénomène de
réfraction. dispersion de la lumière blanche à l’aide du
Indice de réfraction. prisme.































14
Symboles électriques normalisés





Courant alternatif Interrupteur ouvert Courant continu Interrupteur fermé



R



Fusible Lampe à inca ndescence Lampe té moin Conducteur ohmique





V A M

Ampèremètre Voltmètre Moteur Électrolyseur


U T


Rhéostat Varistance Thermistance Mise à la terre




Mise à la masse Pile ou accu mulateur Générateur idéal Générateur de ten sion
de tension variable






Diode Diode à jonction Diode Z ener Amplif icateur
électroluminescente
opérationnel (AO) (DEL)








15

Constantes et grandeurs physiques


physique Symbole Valeur admise Valeur approchée


. 23 -1 . 23 -1Nombre d’Avogadro N 6,022 136 7 (36) 10 mol 6,02 10 mol A
. -19 . -19
Charge élémentaire e 1,602 177 33 (49) 10 C 1,60 10 C
. -31 . -31 Masse de l’électron m 9,109 389 7 (54) 10 kg 9,11 10 kg e
. -27 . -27
Masse du proton m 1,672 623 1 (10) 10 kg 1,672 6 10 kg p . -27 . -27 Masse du neutron m 1,674 928 6 (10) 10 kg 1,675 0 10 kg n -1 . 8 -1
Vitesse de la lumière c 299 792 458 m. s 3,00 10 m. s

Source : Recueil des normes AFNOR*, 1989.
Les nombres entre parenthèses indiquent l’incertitude de la détermination expérimentale. *AFNOR : association française de normalisation. Elle s’occupe de l'élaboration et de
l'homologation des normes.


Grandeur physique Unité



Nom Symbole Nom Symbole



Intensité du courant électrique I ampère A

Tension électrique U volt V

Puissance P watt W

Résistance électrique R ohm
Conductance G siemens S
Longueur L mètre m
Temps t seconde s

Vitesse v mètre par seconde m/s
Vitesse angulaire radian par seconde rad/s
Force F newton N
Intensité de la pesanteur g newton par kilogramme N/kg
Période T seconde s
Fréquence f hertz Hz
Moment M newton mètre N.m
Constante de torsion C newton mètre par radian N. m/rad
Masse m kilogramme kg
3 Masse volumique µ kilogramme par mètre cube Kg/m
Densité d sans unité -
Indice de réfraction n -






16

A/ Mesurer l’intensité d’un courant

électrique à l’aide d’un multimètre

1-Objectif Étape 2

Mesurer l’intensité du courant dans Choisir le plus grand calibre comme indiqué
le circuit ci-dessous. dans le document 3 (ici 10A).

Doc.1. Étape 3

Repérer le sens du courant (un crayon pourra
jouer le sens de flèche) ;
Ouvrir le circuit (doc.1) en déconnectant une
borne de l’un des dipôles (celle de l’ampoule 2- Réalisation
par exemple) ;
Suivre les étapes 1 à 5 suivantes. Placer le multimètre en série dans le circuit en
l’intercalant à la place du fil débranché.
Étape 1

L’ensemble de ces sous-étapes est résumé sur le Placer le sélecteur du multimètre sur
document 4 ci-dessous. la position A - - - ou DCA (de
l’anglais : Direct Courent Ampere)

tel qu’indiqué sur le document 2.



V mA mA DC AC DC
200μA
2
20 200
2A 10A
V COM A 10A 10A
COM V A 10A Doc.4. Étape 3


Doc.2. Étape 1


V mA mA DC AC DC
0.15
200μA 2
20 200 2A
10A 10A
V COM A 10ACOM V A 10A

Doc.5. Étape 4
Doc.3. Étape 2

17
Étape 4 Étape 1

Utiliser un fil de connexion Choisir le calibre le plus élevé (ici le calibre
supplémentaire puis brancher le 1 000 V, doc.1 ci-dessus) ;
multimètre de sorte que le courant
entre par la borne 10 A et sort par la Étape 2
borne COM. Ceci étant, on obtient
le circuit schématisé sur le document Brancher deux fils de connexion aux bornes
5 ci-dessus. COM et V (doc.2 ci-dessus).

Étape 5
Cas d’une pile : mesure de la tension
On lit 0,15A. Choisir alors le calibre U PN
le mieux adapté dont l’indication est

immédiatement supérieure à la valeur
Étape 3
affichée (0,15A = 150 mA) ; soit le

calibre 200 mA (doc.6). Relever la Relier la borne COM au pôle de la pile et la
valeur affichée: I = 158 mA. borne V au pôle (doc.3 ci-dessous). Le
(N’oublier de préciser l’unité à multimètre mesure alors la tension U entre les PN
partir du calibre utilisé ici mA). bornes de la pile.



V mA mA V mA mA DC AC DC DC AC DC

158 1000 1000
200 200 20 20
200 mA 2 2

10A COM V A 10A COM V A 10A
V COM A 10A Doc. 6. Étape 5 Doc.1. Étape 1 Doc.1. Étape 2

B/ Mesurer une tension électrique à l’aide

d’un multimètre

3- Réalisation 1-Objectif

Suivre les étapes 3 à 4 telles qu’indiquées ci-les Mesurer la tension aux bornes d’un
schémas dessous. dipôle.

Pour une mesure plus précise de la tension U , PN2- Réglages préliminaires
choisir le calibre immédiatement supérieur à la
tension indiquée à l’étape 3 (ici calibre 20 V). Placer le sélecteur du multimètre sur
la zone V - - - - quelque soit la
tension à mesurer. Puis suivre les
Attention !!! étapes:
18
Le signe (-) apparaît devant la Cas d’un dipôle passif : mesurer la tension
mesure lorsque les connexions U AB
aux bornes de la pile sont
permutées (borne COM au pôle Suivre les étapes 3’ à 4’ suivantes
de la pile et la borne V
(doc.4). Le multimètre mesure Étape 3’
alors la tension U ; NP
Pour mesurer la tension U , relier borne V au AB
pôle A du dipôle et la borne COM au pôle B Doc.3.
4.55 (doc.6).
V mA mA
DC AC DC Si aucun signe n’apparaît, alors la tension
Étape 3 U 0; AB 1000
_ 200 Si le signe « » apparaît, alors ka tension
20 2 U 0. AB
COM V A 10A Étape 4’

Pour mesurer la tension U , relier la borne V BA 4,5 V au pôle B du dipôle et la borne COM au pôle A
(doc.7).



Doc.6. Le chiffre « 1 » ou « -1 » apparaît 10.5 lorsque le calibre choisi est trop

V petit (doc.5). Dans ces conditions, Générateur
on risque d’endommager le
multimètre.
DC


Doc.4. - 4.55 V A B
20 20

COM V 4,5 V
Doc.7. - 10.5
V Générateur Doc.5. -1.

V DC B
2


COM V
A B


4,5 V


19
Préface SOMMAIRE ……………………………………..4

Avant-propos ………………………… B.4- Nature du courant électrique…………………. 4 41
Programme officiel de Seconde …..… B.5- Sens du courant électrique……………………. 7 42
Symboles électriques ……………….. B.6- Conducteur – isolant ………………………… 15 42
Constantes fondamentales & B.7- Porteurs de charges dans
16 Grandeurs physiques ……………….. un conducteur ………………………………… 42
17 Fiches techniques …………………… B.8- Mise en évidence des effets chimiques
du courant électrique………………..……. 43
ÉLECTROSTATIQUE - B.9- Mise en évidence des effets calorifiques
ÉLECTRICITÉ ÉLECTRONIQUE et lumineux du courant électrique…............ 43
B.10- Courant du secteur ……………………….. 43 Chapitre 1: Phénomènes B.11- Prises de courant - Tournevis testeur …… 44 d’électrisation ……………………….. 26 B.12- Rôle de la prise de Terre ………………… 45
A/ Connaissances essentielles B.13- Compteur électrique………… 45
du cours ....................................... B.14- Protection des installations : 26
A.1- Phrases à trou ………………… Fusible et disjoncteur …………………… 26 46
A.2- Q.C.M ………………. B.15- Règles élémentaires de sécurité …............. 27 48
A.3 Vrai ou faux …………………… B.16- Circuit électrique simple d’une maison… 27 48
B/ Applications du cours …………. 27 C/ Je teste mes connaissances……………… 48
B.1- Quelques modes d’électrisation… 27
B.2- Les deux espèces d’électricité…… Chapitre 3: Intensité du courant électrique 50 28

B.3- Réalisation de l’électrisation A/ Connaissances essentielles du cours ....... 50
par frottement …………………… A.1- Phrases à trou ………………………......... 28 50
B.4- Réalisation de l’électrisation A.2- Q.C.M ………………………..... 50
par contact ……………………. A.3 Vrai ou faux ……………………………… 28 50
B.5- Réalisation de l’électrisation B/ Applications du cours ………………..… 51
par influence : l’électroscope ….. 29 B.1- Quantité d’électricité ……………………… 51
B.6- Conducteurs et isolants ……….. 30 B.2- Notion d’intensité du courant électrique…. 52
B.7- Classification des corps dans B.3- Choix d’un calibre…………….................. 52
l’échelle triboélectrique ………… B.4- Mesure de l’intensité du courant…………. 30 52
B.8- Décharges électriques ……………. 32 électrique : classe et incertitude ………… 52
B.9- Détermination du signe B.5- Branchement d’un ampèremètre –
d’une charge …………………….. 33 Loi d’unicité du courant ............................. 52
B.10- Quantité d’électricité – B.6- Vérification de la loi des nœuds……........... 53
Relation Q = ne …………………. B.7- Application de la loi des nœuds …………... 33 53
B.11- Analyses de textes scientifiques : B.8- Court- circuit ……………………………… 53
Dufay et les deux espèces B.9- Sens de courants dérivés dans un réseau…. 54
d’électricité – La Foudre ………… 36 C/ Je teste mes connaissances………………. 54
C/ Je teste mes connaissances…….. 36
Chapitre 4 : Tension électrique …………… 56
Chapitre2 : Généralités sur le A/ Connaissances essentielles du cours ........ 56
courant électrique ………………… 39 A.1- Phrases à trou ………………………........... … 56
A/ Connaissances essentielles A.2- Q.C.M ……………………….......... 56
du cours ...................................... A.3 Vrai ou faux ……………………........ 57 39
A.1- Phrases à trou …………………… B/ Applications du cours …………………… 59 39
A.2- Q.C.M........................................ B.1- Notion de tension électrique …….……………59 39
A.3 Vrai ou faux …………………….. B.2- Caractère algébrique de la tension …………… 39 59
B/ Applications du cours ………… B.3- Mesure de la tension à l’aide 40
B.1- Symboles normalisés- Schéma d’un voltmètre : choix du calibre …………….. 59
d’un montage électrique………… B.4- Mesure de la tension à l’aide 40
B.2- Lampe électrique ……………... d’un multimètre ………………………………. 60 40
B.3- Réalisation d’un circuit B.5- Mesure de la tension à l’aide
électrique ……………………… d’un oscilloscope …………………………….. 41 60
20
B.6- Lois d’additivité et d’unicité A.1- Phrases à trou ……………………………. 79
des tensions ………………….… A.2- Q.C.M …………………….. 60 79
B.7- Tension variable : tension A.3 Vrai ou faux ……………………………….. 80
périodique sinusoïdale ………… 61 B/ Applications du cours ………………….. 80
C/ Je teste mes connaissances …….. B.1- Brochage- symboles normalisés ………….. 62 80
B.2- Notion d’amplification ………................. 80
Chapitre 5 : Dipôles passifs ……… 64 B.3- Lecture : microphone et haut-parleur
A/ Connaissances essentielles électrodynamiques ………......................... 81
du cours ………………………... 64 B.4- Montage amplificateur non inverseur
A.1- Phrases à trou ………………….. Caractéristique de transfert- Gain ……….. 64 83
A.2- Q.C.M ………………………… 64 B.5- Montage amplificateur inverseur
A.3 Vrai ou faux ………… 65 éristique de transfert- Gain ………. 84
B/ Applications du cours …………. 66 C/ Je teste mes connaissances………………. 85
B.1- Notion de résistance électrique.… 66
B.2- Catégorisation des dipôles …… 66 MÉCANIQUE
B.3- Montage potentiométrique : 66
Réalisation – utilité ……………. 67 Chapitre 8 : Généralités sur le mouvement
B.4- Caractéristique d’un conducteur Vitesse………………………... 90
ohmique ……………………….. 67 A/ Connaissances essentielles du cours …... 90
B.5- Loi d’Ohm ……………………… 67 A.1- Phrases à trou ………………………......... 90
B.6- Caractéristique intensité-tension A.2- Q.C.M ………………………..... 90
d’un conducteur ohmique ……… 67 A.3 Vrai ou faux ……………………………… 91
B.7- Lois d’association des B/ Applications du cours ………………….. 92
conducteurs ohmiques ………… 67 B.1- Relativité du mouvement ………………… 92
B.8- Caractéristique d’une varistance..… 68 B.2- Choix de référentiels ……………………… 92
B.9- Caractéristique d’une diode B.3- Exemples de mouvements ……………… .. 92
simple ………………………….. 69 B.4- Calcul de vitesse moyenne ……………… 93
B.10-Caractéristique d’une diode B.5- itesse instantanée ……………. 93
Zener ………………………….. 69 B.6- Vecteur vitesse …………………………… 94
C/ Je teste mes connaissances………. 70 B.7- Mouvement circulaire….............. 94
B.8- Équations horaires ……..…………………. 95 Chapitre 6 : Dipôles actifs ………… 72 C/ Je teste mes connaissances………………. 96 A/ Connaissances essentielles du cours ………………………….. 72 Chapitre 9 : Généralités sur les forces……. A.1- Phrases à trou ………………….. 98 72
A/ Connaissances essentielles du cours ....... A.2- Q.C.M …………………………. 98 72
A.1- Phrases à trou ………………………......... A.3 Vrai ou faux ……………………. 98 73
A.2- Q.C.M ………………………..... 98 B/ Applications du cours ………… 74
A.3 Vrai ou faux ……………………………… 99 B.1- Convention générateur – 74
B/ Applications du cours …………………… 100 Convention récepteur ………… 74
B.1- Les deux effets d’une force ……………….. 100 B.2- Association en série direct /
B.2- Forces à distance, forces de contact ……… 100 inverse de dipôles actifs
B.3- Réaction d’un support …………………… 100 linéaires ……………………….. 74
B.4- Tension d’un objet élastique ……………… 101 B.3- Caractéristique intensité –
B.5- Etalonnage d’un ressort ………………….. 101 tension de dipôles actifs ……….. 74
B.6- Tension d’un ressort …………….............. 102 B.4- Association en série/en dérivation
B.7- Principe des interactions ……………........ 102 de dipôles actifs linéaires ….…… 75
C/ Je teste mes connaissances………………103 B.5- Loi de Pouillet ……………….… 76
C/ Je teste mes connaissances……… 76
Chapitre 10 : La masse, le poids. Relation
Chapitre 7 : Applicateur entre le poids et la masse ….......................... 107
opérationnel: amplification d’une A/ Connaissances essentielles du cours …… 107
tension ............................................... A.1- Phrases à trou ………………………….. 79 107
A/ Connaissances essentielles A.2- Q.C.M …………………………………. 107
du cours ……………………… A.3 Vrai ou faux ……………………………… 108 79
21
B/ Applications du cours ………… B.4- Conditions générales d’équilibres …………… 125 108
B.5- Perforatrice de bureau ……………………….. B.1- Principe de la double pesée …… 125 108
B.6- Levier pied de biche ………………… B.2- Détermination de la masse 125
B.7- Une histoire amusante ………...................... volumique d’un solide par 126
B.8- Équilibre d’une pédale d’accélérateur……… déplacement d’eau ……………. 127 108
B.9- Étude d’un treuil ……………………………. B.3- Mesure de la masse volumique 127
B.10- Poulie à deux gorges ……………. d’un liquide……………………… 128 109
B.11- Équilibre d’une balance …………………… B.4-la masse volumique 128
B.12- Pour en savoir plus : couple associé d’un mélange de deux
liquides…………………………. à une force …. …………………………….. 129 109
B.5- Détermination de la masse C/ Je teste mes connaissances ………………. 130
volumique de l’air ……………… 109
OPTIQUE B.6- Relation poids – masse ……… 109
B.7- La couronne du roi Hiéron ............ 110
Chapitre 13 : Propagation rectiligne B.8- Poids d’un corps ……………........ 110
de la lumière ………………………………….. B.9- Densité relative d’un corps …… 135 111
A/ Connaissances essentielles du cours …….. B.10- Champ de pesanteur et altitude.… 135 111
A.1- Phrases à trou ………………………............ C/ Je teste mes connaissances…….. 135 111
A.2- Q.C.M …………………………….. 135
Chapitre 11 : Équilibre d’un A.3 Vrai ou faux ………………………………… 135
solide soumis à des forces B/ Applications du cours …………………….. 136
B.1- Sources réelles - sources apparentes………… non parallèles ................................ 136 115
B.2- Récepteurs de lumière ……………………… A/ Connaissances essentielles 136
B.3- Milieu transparent, milieu opaque du cours ……………………….. 115
milieu translucide …………………………… 136 A.1- Phrases à trou …………………. 115
B.4- Propagation rectiligne de la lumière A.2- Q.C.M …………………………… 115
Formation d’ombre et de pénombre ………… 137 A.3 Vrai ou faux ……………………. 115
B.5- Estimation de la hauteur d’un objet B/ Applications du cours ……….. 116
par la technique des visées ………………….. 137 B.1- Équilibre d’un solide soumis à
B.6- Chambre noire………………………………… 137 deux forces …………………….. 116
B.7- Phénomène d’éclipse …................ 138 B.2- Équilibre d’un solide soumis à
C/ Je teste mes connaissances………….............. 138 trois forces non parallèles ……. 116 B.3- Équilibre d’une masse à crochet.… 117 Chapitre 14: Réflexion de la lumière ……….. 141 B.4-ibre d’un solide sur un A/ Connaissances essentielles du cours ........... 141 plan incliné ……………………... 117 A.1- Phrases à trou ………………………............. 141 B.5- Équilibre d’un pendule simple
A.2- Q.C.M …………………………….. 141 B.6- Équilibre d’un solide relié à un A.3 Vrai ou faux ………………………………….. 141 fil sur un plan incliné ………… 118
B/ Applications du cours …………………….. 142 B.7- Équilibre d’un iceberg……......... 118
B.1- Expérience des deux bougies ……………….. 142 C/ Je teste mes connaissances……… 118
B.2- Diffusion et réflexion ……………………….. 142
B.3- Marche d’un rayon lumineux ……………….. 143 Chapitre 12 : Équilibre d’un
B.4- Image d’un objet par un miroir …………….. 143 solide mobile autour d’un axe C/ Je teste mes connaissances…………………143
fixe ………………………………. 122
A/ Connaissances essentielles Chapitre 15: Réfraction de la lumière……….. 145
du cours ………………………. 122 A/ Connaissances essentielles du cours ........... 145
A.1- Phrases à trou …………………. 122 A.1- Phrases à trou ………………………............. 145
A.2- Q.C.M …………………………. A.2- Q.C.M ……………………………………….. 122 145
A.3 Vrai ou faux …………………… A.3 Vrai ou faux ………… 122 145
B/ Applications du cours ………… 123 B/ Applications du cours …………………….. 146
B.1- Notion de moment d’une force…… 123 B.1- Passage d’un rayon lumineux de l’air
B.2- Moment d’un couple de torsion : dans l’eau ……………………………………. 146
Constante de torsion ………… 124 B.2- Passage d’un rayon lumineux de l’air
B.3- Moment d’une force ………….. 124 dans le verre …………………………………. 146
22
B.3- Marche d’un rayon lumineux Lexique des concepts clés ………………. 150
dans un prisme à réflexion Réponses aux exercices …………………. 166
totale ……………………………. 147 B.4- Angle limite de réfraction ………. Solutions des exercices d’électrostatique, 147
B.5- Fibre optique à saut d’indice… 147 d’électricité et d’électronique …………… 166
B.6- Distance Terre – Lune :
Solutions des exercices de mécanique …… Télémétrie laser ……………… 180 148

C/ Je teste mes connaissances……. 148 Solutions des exercices d’optique …………… 190

















































23


















































24
PREMIERE PARTIE
ÉLECTROSTATIQUE ÉLECTRICITÉ
- ÉLECTRONIQUE


Chapitre 1 : Phénomènes d’électrisation

Chapitre 2 : Généralités sur le courant électrique

Chapitre 3 : Intensité du courant électrique

Chapitre 4 : Tension électrique

Chapitre 5 : Dipôles passifs

Chapitre 6 : Dipôles actifs

Chapitre 7 : Applicateur opérationnel : amplification d’une tension

























25


Chapitre 1 : Phénomènes d’électrisation



c) les charges apparues sur le bâton se A/ Connaissances essentielles
répartissent sur tout le long du bâton. du cours

2- Un bâton d’ébonite est frotté à l’aide d’un A.1- Phrases à trou
chiffon de laine :
Compléter les phrases suivantes :
a) la partie frottée du bâton porte des charges
négatives ; b) la partie du chiffon frottée contre Un bâton en matière plastique ou en
le bâton est chargée positivement ; c) les verre … à l’aide d’un chiffon de
charges électriques apparues restent localisées à laine … de petits morceaux de
l’endroit où elles ont été créées. papier. De même un bâton en matière
plastique … avec un morceau de
3- Les extrémités A et A’ respectives de deux laine, provoque la … d’un mince
règles AB et A’B’ en verre sont électrisées par filet d’eau coulant à proximité. Ces
frottement. La règle AB est suspendue à une deux expériences mettent en
potence et on approche de A, l’extrémité A’ évidence deux phénomènes … par
de A’B’ : …. Les deux phénomènes observés
sont dus à l’apparition de … … sur
le bâton sous l’effet du … . Lorsque a) on observe un effet dynamique ; b) les deux
extrémités se repoussent; c) l’extrémité A attire l’on met en … un bâton d’ébonite
l’extrémité A’ ; d) rien ne se produit. frotté contre une peau de chat en …
avec la boule d’un pendule
4- Les extrémités A et A’ respectives d’un électrostatique, alors des charges
électriques passent du … sur la … : bâton en verre AB et d’un bâton d’ébonite
on dit que la boule s’est électrisée A’B’ sont électrisées. La règle AB est
suspendue à une potence et on approche de A, par …. Lorsque l’on approche un
l’extrémité A’ de A’B’ : bâton électrisé par … du plateau
d’un électroscope, alors la feuille
a) les deux extrémités A et A’ se repoussent mobile de l’électroscope … de la
; b) les deux extrémités A et A’ s’attirent ; tige sans qu’il ait aucun … : on dit
c) les charges électriques créées sur A attirent les que l’électroscope s’est … par … .
charges électriques créées sur A’ et vis versa.
A.2- Q.C.M
5- Un pendule électrostatique est électrisé par
contact à l’aide d’un bâton d’ébonite : Choisir la (ou les) bonne (s) réponse
(s)
a) l’une des extrémités du bâton d’ébonite a été
préalablement électrisée ; b) la boule du pendule 1- Un bâton en verre est frotté
s’est chargée négativement ; c) des électrons sont contre un morceau de laine:
passés du bâton sur la boule lors du
contact ; d) on observe une répulsion dés le a) la partie frottée du verre porte des t. charges positives ; b) le morceau de
laine arrache des charges négatives
au bâton ;


1. PHÉNOMÈNES D’ÉLECTRISATION 26
A.3- Vrai ou faux observations notées sont indiqués sur les figures
ci-dessous.
Répondre par vrai ou faux aux
Bâton en verre ou en matière plastique affirmations suivantes.
Morceaux de papier

1-Un bâton d’ébonite et une règle Table Fig.1.
en verre sont des corps:
Expérience 1: Un bâton en verre ou en matière
plastique … à l’aide d’un chiffon de laine et approché
a) métalliques ; b) conducteurs ; c) de petits de papier … ces derniers.
isolants.

Pendule électrostatique
2-les deux types d’électricité sont : Fil de soie
Bâton d’ébonite
a) l’électron et le proton ; b) la
Fig.2. charge élémentaire et la charge du

noyau atomique ; c) l’électricité

négative et l’électricité positive.
Expérience 2 : L’extrémité d’un bâton d’ébonite
frottée contre un chiffon de laine est approchée d’une
3-le phénomène d’électrisation
petite boule en polystyrène recouverte d’aluminium et
résulte d’un transfert de (d’): suspendue à un fil de soie. Lors du …, des charges
électriques … du bâton à la ….
a) protons ; b) noyaux ; c) cations ;
d) d’électrons ; e) anions.

Fig.3.
4- Dans la relation Q = n e : Règle en verre

a) Q représente la quantité Fin filet
d'eau d’électricité ; b) n représente un
nombre d’électrons ; c) e représente
Expérience 3 : Une règle en verre … à l’aide d’un la charge élémentaire ; d) Q et e
morceau de tissu et approché d’un fin filet d’eau, s’expriment en coulombs.
provoque la … de ce dernier.

5- Un bâton d’ébonite électrisé par
Bâton en verre frotté frottement arrache N électrons au Plateau de l’électroscope
morceau de chiffon utilisé.
Globalement le morceau de Expérience 4: Un bâton en verre
chiffon : électrisé par … est approché du
plateau d’un électroscope non
chargé. Bien qu’il n’y ait aucun…. a) est électriquement neutre; b) porte
une charge électrique égale à + Ne ; entre le bâton et le plateau, on constate que la feuille
c) porte N charges positives. mobile de l’électroscope … de la tige métallique.
Fig.4.
B/ Applications du cours
B.1.1-

B.1- Quelques modes a) Préciser pour chacune des quatre expériences
d’électrisation décrites sur les figures 1 à 4 ci-dessus, le mode

d’électrisation mis en évidence.
Pour distinguer quelques modes
d’électrisation, on réalise diverses b) Compléter alors les phrases dans les
expériences dont les dispositifs et les commentaires.
27 1. PHÉNOMÈNES D’ÉLECTRISATION
B.1.2- En guise de conclusion, un rôle déterminant dans ces phénomènes
compléter les phrases suivantes : d’électrisation ?

B.2.3- Les particules précédentes se déplacent-1. Sous l’effet du … des charges
elles à l’endroit où elles ont été créées par électriques … sur le bâton ou la
frottement? Justifier en évoquant la notion règle. On dit que le bâton ou la règle
d’isolant ou de conducteur. s’est électrisé (e) par … .

B.3 - Réalisation de l’électrisation par 2. La boule du pendule
frottement électrostatique initialement neutre,
s’électrise par… en touchant
On se propose de réaliser l’électrisation par l’extrémité du bâton d’ébonite.
frottement.
3. Sans qu’il ait contact, la feuille
B.3.1- Préciser le matériel à utiliser à partir de la mobile de l’électroscope s’écarte de
liste suivante : la tige métallique : on dit que
Bâton d’ébonite, règle en bois, règle en l’électroscope s’est … par … .
Plexiglas, morceau de tissu en laine, pendule
électrostatique, règle en verre. B.1.3- En considérant l’expérience
2, décrire à l’aide d’un schéma
B.3.2- On approche par exemple la règle de commenté, le phénomène qui se
Plexiglas de la boule du pendule électrostatique. produit dés le contact entre la boule
Faire le schéma du dis-positif expérimental. et le bâton.
Noter l’observation.
B.2- Les deux espèces
B.3.3- On frotte la règle de Plexiglas contre le d’électricité
morceau de laine. On approche alors l’extrémité
On se propose à l’aide d’expériences frottée de la règle de la boule du pendule
simples, de mettre en évidence les électrostatique. Qu’observe-t-on ? Illustrer à
deux types d’électricité. Pour cela, l’aide d’un schéma cette observation.
on dispose du matériel suivant : deux
B.3.4- Compléter les phrases suivantes : baguettes en verre, deux bâtons
d’ébonite et un morceau de chiffon.
Avant le …, la règle de Plexiglas n’était pas ….
B.2.1- Á l’aide de ce matériel, On dit qu’elle est … … . En réalisant le
proposer trois expériences simples frottement, la règle devient … ou se charge ….
permettant d’une part de mettre en Elle peut alors … des corps légers tels que la
évidence les deux types d’électricité boule du pendule électrostatique. Le phénomène
et, d’autre part, de montrer que des ainsi mis en évidence est appelé … … ….
charges électriques identiques se
repoussent alors que des charges B.3.5- Observerait-on le même phénomène
électriques différentes s’attirent. précédent si l’on avait utilisé le bâton d’ébonite
ou la règle en verre ?
N.B : On fera apparaître les charges

électriques portées par les matériaux B.4 - Réalisation de l’électrisation par contact
utilisés dans chaque cas.
On désire réaliser l’électrisation par contact.
B.2.2- Interpréter l’électrisation des Pour cela, on utilise un bâton d’ébonite, un
corps utilisés par frottement à l’aide morceau de tissu et un pendule électrostatique.
du chiffon. Quelles particules jouent
1. PHÉNOMÈNES D’ÉLECTRISATION 28
B.4.1-Décrire le protocole l’électroscope en utilisant une règle en verre et
expérimental. un chiffon de laine.
b) Qu’observe-t-on lorsqu’on approche la règle
B.4.2-Illustrer à l’aide de deux en verre électrisée du plateau de l’électroscope ?
schémas clair, les observations
Plateau métallique notées lors de l’expérience.

Corps isolant
B.4.3- La boule du pendule est-elle Cage transparente chargée avant le contact ? Articulation
Tige métallique
Cadran gradué B.4.4- Qu’est-ce qui permet

Feuille d’aluminium mobile d’expliquer la répulsion observée ?
Fig.5. Quel est le signe de la charge portée
par le bâton d’ébonite ? En déduire
le signe de la charge portée par la c) Préciser le mode d’électrisation de
boule. l’électroscope.
d) Faire deux figures permettant d’interpréter
B.4.5- Compléter la phrase suivante : l’électrisation de l’électroscope avant le contact
L’électrisation par … s’interprète (fig. 1) et après le contact (fig. 2) dans les deux
comme un … … d’un corps donné à cas suivants :
un ….
er1 cas : l’objet frotté est une règle en verre.
B.5 - Réalisation de
ème l’électrisation par influence : 2 cas : l’objet frotté est un bâton d’ébonite.
l’électroscope
B.5.2- Deuxième mode d’électrisation de
L’électroscope est un appareil dont la l’électroscope
constitution est la suivante :
a) Pour réaliser l’électrisation de
1. Un plateau métallique ; l’électroscope par influence, l’électroscope doit-il

être chargé ou non ? 2.Une cage munie de vitres
b) Décliner le protocole expérimental de transparentes ;
l’électrisation de l’électroscope par influence à
3. Une tige métallique fixe, l’aide d’une règle électrisée.
soigneusement isolée de la cage à c) Illustrer l’expérience précédente à l’aide de
l’aide d’un corps isolant ; trois figures (fig.1 : électroscope non chargé ;

fig. 2 : extrémité de la règle électrisée approchée 4. Une feuille mobile en aluminium
du plateau de l’électroscope ; fig.3 : règle liée à la tige métallique ;
électrisée retirée) dans les deux cas suivants :
5.Un petit cadran circulaire gradué.
er1 cas : règle électrisée : Plexiglas ;
Un schéma simplifié de
èmel’électroscope est donné sur la figure 2 cas : règle électrisée : polystyrène cristal (il
5 ci-après. se comporte comme le bâton d’ébonite).

B.5.1- Premier mode d’électrisation N.B : On fera apparaître les charges électriques
de l’électroscope. sur l’extrémité de la règle électrisée ainsi que sur
les parties métalliques de l’électroscope (plateau,
a) Préciser le protocole tige et feuille en aluminium).
expérimental de l’électrisation de
29 1. PHÉNOMÈNES D’ÉLECTRISATION
B.6.4- Pourquoi dans le cas de l’expérience 2, la B.6 - Conducteurs et isolants
boule ne s’est pas électrisée comme dans le cas
Pour caractériser les conducteurs et de l’expérience 1 ?
les isolants, on réalise deux
expériences. B.6.5-Qu’observerait-on si, sans toucher la
boule, on approchait de cette dernière l’extrémité
ère1 expérience frottée de la règle en P.V.C ? Que s’est-il alors
passé lorsqu’on a touché la boule avec la main ?
La boule d’un pendule
électrostatique est mise au contact de B.6.6- Compléter en guise de conclusion les
l’extrémité d’une petite tige deux phrases suivantes :
métallique posée sur un support en
bois. On approche de l’autre Une … métallique laisse circulé les ….
extrémité de la tige une règle en Un … ne laisse pas circuler les ….
P.V.C électrisée par frottement (cette
règle se comporte comme le bâton B.6.7- On touche à l’aide de la main, le plateau
d’ébonite électrisé). On constate d’un électroscope chargé : la feuille mobile en
alors que la boule est repoussée. On aluminium revient à sa position verticale. Cette
retire par la suite la tige métallique expérience met-elle en évidence le caractère
puis, on approche de la boule conducteur ou isolant du corps humain ?
l’extrémité de la règle électrisée : la Justifier.
boule est encore repoussée.
B.6.8- On donne une liste de matériaux pouvant
ème2 expérience appartenir à la catégorie de conducteurs ou
d’isolants électriques : mine de crayon à papier,
On remplace dans cette expérience la fer, eau, polystyrène, carton, verre, mercure,
tige métallique par une tige en bois. Plexiglas, air, P.V.C, bâton d’ébonite.
Après avoir touché la boule avec la Classer ces matériaux en conducteurs et isolants.
main, on approche de l’autre
B.7- Classification des corps dans extrémité de la tige non mise en
contact avec la boule, la règle en l’échelle triboélectrique
P.V.C électrisée. Il ne se produit
En frottant plusieurs matériaux différents de la aucune déviation. On retire la tige en
même manière, on s’aperçoit que certains se bois puis on approche de la boule
chargent plus que d’autres. Tous les matériaux l’extrémité de la règle électrisée : la
électrisables n’ont donc pas la même aptitude à boule est attirée.
se charger. Expérimentalement, on peut vérifier
la plus ou moins grande aptitude de ces B.6.1- Illustrer à l’aide de schémas
matériaux à se charger par frottement, en chacune de ces deux expériences.
utilisant un électroscope. On classe ainsi les
matériaux électrisables dans un tableau appelé B.6.2- Expliquer ce qui se passe dans
« échelle triboélectrique » (Tribo : du mot grec chacune des deux expériences
qui signifie frotter). Ainsi triboélectrique lorsque l’on approche la règle en
signifie : électricité produite par frottement. P.C.V électrisée de la tige métallique
puis de la tige en bois.
B.7.1- On considère deux matériaux A et B
électrisables et frottés de la même manière. B.6.3- Dans quelle expérience la
Les charges portées par A et B notées boule a-t-elle été électrisée ? Préciser
respectivement Q et Q , sont de même nature. A Ble mode de cette électrisation.
On approche A du plateau d’un électroscope non
chargé.
1. PHÉNOMÈNES D’ÉLECTRISATION 30
La feuille mobile en aluminium même manière et approché l’un après l’autre du
plateau d’un électroscope initialement neutre, dévie d’un angle
par rapport à sa A
position d’équilibre verticale initiale. provoquent la déviation de la feuille en
On retire le corps A puis on décharge aluminium respectivement des angles
et
,
3 4 4
l’électroscope. On approche par la <
. En outre le verre électrisé repousse aussi 3
suite le corps B du plateau de bien le nylon que la fourrure de lapin lorsque
l’électroscope. La feuille mobile en tous les deux sont préalablement frottés.
aluminium dévie alors d’un angle
B
Le verre frotté n’attire ni ne repousse l’acier. par rapport à sa position d’équilibre.

Classer le Polyester, le Polyéthylène, l’acier, le a) Comparer
et
dans les trois A B
nylon et la fourrure de lapin dans l’échelle cas suivants :
triboélectrique en complétant le tableau ci-après.

Q = Q ; Q > Q et A B A B Matériaux perdant facilement des
électrons : ils se chargent positivement
par frottement Q < Q . A B
Mains humaines
(très sèches)
b) Sachant que
<
, que vérifie-A B …..
t-on à travers cette expérience ? Verre
Cheveux humains (+) ….. B.7.2- Par convention :
Laine
Papier L’électricité positive est celle
Coton
qui apparaît sur le verre et sur toute ….. On ne peut le chargé : c’est le point
matière électrisée qu’il repousse ; neutre
Bois
L’électricité négative est celle Ambre
qui apparaît sur toute matière …..
électrisée attirée par le verre Polystyrène _
….. électrisé.
Polyvinyle (PVC) ( ) Silicone Lors d’expériences d’électrisation,
Téflon
on constate que (qu’): Matériaux gagnant facilement des
électrons : ils se chargent négativement
un morceau de Polyester et un par frottement
autre de Polyéthylène (Scotch par
Pour informations exemple) frottés de la même manière
et approché l’un après l’autre du
-Ambre (n.m) : nom donné à diverses plateau d’un électroscope
substances aromatiques et résineuses (substances initialement neutre, provoquent la
visqueuses et odorantes tirées des végétaux) ; déviation de la feuille en aluminium
-Silicone : matière plastique dont les molécules
respectivement des angles
et
,
1 2 1
contiennent des atomes de silicium et
>
. 2 d’oxygène ;

-Téflon (Nom déposé). Matière plastique,
le verre électrisé attire aussi bien
polymère du tétrafluoroéthylène ;
le Polyester que le Polyéthylène
-Ébonite : Combinaison caoutchouc + soufre (au
lorsque tous les deux sont
moins 25%) ;
préalablement frottés.
-Plexiglas : matière plastique transparente et
un morceau de nylon et un autre
flexible utilisée pour fabriquer des règles.
de fourrure de lapin frottés de la

31 1. PHÉNOMÈNES D’ÉLECTRISATION
b) On met la boule électrisée en contact avec la B.8- Décharges électriques
terre par l’intermédiaire d’une tige métallique.
Note préliminaire On approche par la suite la boule du détecteur.
Le voyant reste éteint.
Un détecteur de charges électriques
(photo ci-dessous) est un appareil Que peut-on conclure de cette observation ? En
électrostatique permettant de savoir si un déduire l’état électrique de la boule (boule
corps est chargé ou non et
chargée positivement, négativement ou
éventuellement de déterminer la nature
électriquement neutre). de la charge portée par le corps.

c) Le voyant du détecteur s’allume-t-il si, avec la
main, on approche du récepteur la boule
électrisée ? Si non pourquoi ?

B.8.2- On désire maintenant réaliser la décharge
d’un corps fortement chargé en utilisant une
machine électrostatique : la machine de
Wimshurst (photo ci-dessous).




Le principe d’utilisation de cet appareil
est le suivant :


On approche du récepteur du détecteur
(de charges électrostatiques) un corps
chargé :

Si le corps est chargé positivement,
alors le voyant (lampe témoin)
s’allume puis s’éteint lorsque l’on
retire le corps ; Principe de fonctionnement de la machine

Si le corps est chargé négativement, Les deux boules de cette machine dont la
le voyant reste éteint s’il était distance est réglable, s’électrisent différemment
initialement éteint. Si le voyant était
par frottement de balais sur deux disques en
initialement allumé, alors il s’éteint si on
matière plastique tournant en sens inverse. approche du récepteur du détecteur le
Lorsque les deux boules sont chargées, l’une corps chargé négativement et se rallume
possède un excédent d’électrons qui peut être si on éloigne le corps du détecteur.
transféré à l’autre boule chargée positivement
lorsque leur distance est suffisamment réduite B.8.1- La boule d’un pendule
pour que la tranche d’air les séparant devienne électrostatique est chargée par
conductrice. On notera que l’expérience utilisant contact à l’aide d’un bâton d’ébonite
la machine de Wimshurst est extrêmement électrisé.
dangereuse en raison des fortes quantités
a) On approche du récepteur d’un d’électricité accumulées sur chacune des boules.
détecteur de charges électriques la On charge alors les deux boules de la machine
boule électrisée. Comment se puis on les approche lentement l’une de l’autre.
comporte le voyant ? Á partir d’une certaine distance, une étincelle
électrique jaillit accompagnée d’un crépitement.

1. PHÉNOMÈNES D’ÉLECTRISATION 32
a) Qu’observerait-t-on si, après B.9.3- La figure 1 ci-contre
éclatement de l’étincelle, on représente un électroscope

approchait ou on éloignait les deux dont seuls le plateau, la tige

boules de la machine de Wimshurst métallique et la feuille en
du détecteur de charges aluminium sont représentés.

électrostatiques ? Conclure. La feuille en d’aluminium
Fig.1.
est initialement écartée de la
b) Comment se comporte la tranche verticale.
d’air entre les deux boules de la
a) L’électroscope est-il machine avant et durant le passage - - - e e e
chargé ? Justifier. de l’étincelle électrique ?
b) Soit q la charge de
l’électroscope. B.9- Détermination du signe
On bombarde alors le d’un corps chargé
Fig.2. plateau par un faisceau
B.9.1- Trois corps A, B et C d’électrons (fig.2 ci-contre).
électrisés par frottement sont placés à Reproduire la figure 2 puis indiquer par une
des distances telles qu’ils puissent flèche courbée, le sens de déviation de la feuille
interagir. On constate alors que A en aluminium dans les deux cas suivants :
repousse B et que B attire C.
er 1 cas : q > 0.
a) A attire-t-il ou repousse-t-il C ?
èmeJustifier. 2 cas : q < 0.

b) C est attiré par un bâton d’ébonite c) En fait, en bombardant le plateau par le
frotté. En déduire les signes des faisceau électronique en raison de n électrons par
charges portées par les corps C, B et seconde, l’angle de déviation de la feuille
A. d’aluminium s’annule au bout de t = 10s.
Calculer q.
10 19B.9.2- Trois sphères conductrices S , 1 On donne: n = 10 ; e = 1,6.10 C.
S et S portent respectivement les 2 3
charges q , q et q . On donne q = 1 2 3 1 B.10- Quantité d’électricité - Relation
2q, q = q et q = 4µC. 2 3 Q = ne


a) On met S et S en contact. Á un 1 2 Un fil métallique de cuivre de section droite s =
instant donné après le contact, les 23 mm et de longueur à=1m contient n électrons
deux sphères se repoussent. Soient libres. On admettra qu’en moyenne, chaque
q’ et q’ les charges portées par les 1 2 atome de cuivre libère deux (2) électrons.
sphères S et S respectivement 1 2
après le contact. Exprimer q’ et q’1 2 Données :
en fonction de q.
- Densité du cuivre d = 9,2.
- Masse molaire du cuivre M = 63,5 g/mol.
b) On rapproche les sphères S et S 23 12 3 - Nombre d’Avogadro N = 6,02.10 mol A .
l’une de l’autre. On constate alors

qu’elles s’attirent puis finissent par
B.10.1- Calculer le nombre N d’atomes de cuivre
entrer en contact. Après le contact,
contenus dans le fil.
les deux sphères ne s’attirent ni ne se

repoussent. Préciser alors les signes
B.10.2- Calculer le nombre n d’électrons libres
de q’ , q’ , q et q . Déterminer leur 1 2 2 dans le fil. En déduire la quantité d’électricité Q
valeur.
correspondante.
33 1. PHÉNOMÈNES D’ÉLECTRISATION