Sciences Physiques Première S
PREMIERE SCIENTIFIQUE (S): MATIERE DOMINANTE
 
 

1- PHYSIQUE

MOUVEMENTS ET ENERGIE
 
 

HORAIRES: Le programme a été établi sur la base d'un horaire annuel de 45 heures classe entière et 22,5 heures de travaux pratiques.
 

OBJECTIFS D'ENSEMBLE

L'enseignement de la physique en classe de première scientifique s'adresse à des élèves ayant acquis une certaine maturité et ayant fait le choix d'un projet scientifique. Par ailleurs, la discipline doit être à ce niveau complètement identifiée. Il s'agit de donner une culture approfondie avec les moyens mathématiques limités dont on dispose à ce niveau, tout en maintenant l'intérêt.

Les objectifs généraux déjà explicités dans l'introduction du programme de seconde doivent, bien sur, être poursuivis en fonction du niveau et de la personnalité de chaque élève.
Les actions en ce sens pourront être particulièrement développées à l'intérieur du module.

G race à l'utilisation. des logiciels disponibles, l'aspect traitement des données sera exploité et l'accent sera mis sur l'analyse, la validité et l'ordre de grandeur des résultats.
 

OBJECTIFS PROPRES AU PROGRAMME

Le thème conducteur a été choisi en raison de son impact économique et social et de l'importance de son contenu scientifique qui s'appuie sur un ensemble de concepts fondamentaux,

Les mots puissance et énergie sont largement utilisés dans le langage courant. Les grandeurs énergie et puissance auront été approchées en 3ème et 2de, il s'agit ici de généraliser ces notions, de les structurer et de les formaliser.

Enfin, le thème de l'énergie permet d'accéd~ à une grande loi de conservation qui sous-tend l'ensemble du travail de l'année, y compns en chimie.

il est donc proposé de partir des premières idées des élèves sur 1' énergie. pour amener ceux-ci à mettre en place le vocabulaire scientifique. Le principe de conservation est alors posé et annoncé comme régissant toutes les analyses énergétiques qui seront envisagées par la suite, en physique, en chimie comme en Sciences de la Vie.

L'analyse des chaines énergétiques, et leur présentation sous forme d'un schéma conventionnel, est exploitée à chaque occasion possible tout au long de l'année.

L'étude des mouvements qui précède les développements sur l'énergie contribue à la structuration progressive des concepts de référentiel, de vitesse et de relativité du mouvement. Elle permet une première réflexion sur le principe d'inertie.

Les domaines développés dans le programme (systèmes mécaniques et électriques) ont été choisis parce qu'ils permettent une analyse quantitative des échanges tout en offrant un certain nombre de situations ancrées sur les activités humaines.
 
 
 

CONTENUS

COMPETENCES EXIGIBLES ou en cours d'apprentissage

.1 MOUVEMENTS  1.1 Exemples de mouvements:  Systèmes indéformables et systèmes déformables, translation et rotation autour d'un axe.  Relativité du mouvement: trajectoire et vitesse d'un point observées suivant le référentiel choisi.  Mouvements de la terre, de la Lune, des planètes par rapport au Soleil, par rapport à la terre. Observations et simulations des mouvements dans le système solaire.  Activités support  Observations diverses:  bicyclette, chenillette, essuie-glace d'autobus, chute libre d'un bâton, bille, manège et grande roue, tapis roulant, mouvement relatif de deux trains. Simulation ou observation d'un changement de réfèrentiel.  Enregistrements  vidéo  stroboscopes,  chrono-photographie,  table a coussin d'air.  Films  et  simulation  sur  le mouvement de la Lune, des planètes, du SoleiL  1.2 Vecteur vitesse  1.2.1 Vecteur vitesse d'un point d'un solide.  1.2.2 Solide en translation et vecteur vitesse. Cas du mouvement rectiligne et uniforme.  1.2.3 Solide en rotation autour d'un axe fixe. Vitesse angulaire. Vecteur vitesse des différents points du solide en rotation. Cas du mouvement circulaire uniforme,  1.3 Interactions entre objets  1.3.1 Analyse et modélisation des interactions. Exemples d'actions localisées et réparties. Le vecteur force et le point d'application dans le cas d'une force localisable.  1.3.2 Principe des interactions.  1.4 Mouvement du centre d'inertie  1.4.1 SF = 0 : Principe d'inertie et définition du centre d'inertie G.  1.4.2 SF # 0 : Modification du vecteur vitesse de G (direction et/ou module).  Exemple de la chute libre.    1.5 Rotation d'un solide autour d'un axe fize. Couple.  1.5.1 Solide soumis à deux forces de somme nulle.  Forces de même support.  Forces de supports différents : couple, moment du couple M.  1.5.2 Solide soumis à plusieurs couples de forces situées dans un (des) plan(s) perpendiculaire(s) à l'axe de rotation.  S M = 0 équilibre ou rotation uniforme.  S M # 0 rotation non uniforme.  Couple d'un moteur électrique, d'un moteur automobile.    Activités support: Vecteurs vitesse sur documents chronophotographiques.  Mesures cinématiques à l'aide de capteurs et traitement sur ordinateur.  Analyses de situations courantes. avec définition du système, bilan des forces, action d'un système sur un autre.  Etude du mouvement d'un mobile à coussin d'air sur une table d'inclinaison variable. sur une table à digitaliser. Mesure des vitesses, traitement des données.  Vitesses angulaires et linéaires dans le cas de la bicyclette. Plateaux et pignons.      2- CONSERVATION DE L'ENERGIE  2.1 Analyse des échanges énergétiques concernant   un   système   donné. Introduction au principe général de conservation de l'énergie.  2.2 Différentes formes d'énergie  énergie cinétique et énergie potentielle. Aspects macroscopique et microscopique.  2.3  Transferts d'énergie : travail. conduction de la chaleur, convection. rayonnement.  2.4 Analyse d'une ou deux chaines énergétiques.

On  attend  que  l'élève  sache:   Identilier les translations, les rotations, les translations avec rotation.  Définir un référentiel.  Que la et la vitesse d'un mobile dépend du référentiel      Déterminer le vecteur vitesse V dans différentes situations.  Que V est le même pour tous les points d'un solide en translation.  Que V est constant dans mouvement rectiligne uniforme. Que dans le cas d'un mouvement de rotation  uniforme, la vitesse angulaire w est constante et que V varie d'un point à un autre en module (V = w r) et en direction.                  Définir ou identifier les systèmes sur lesquels porte l'analyse.  Identifier les interactions entre systèmes. Appliquer  le  principe  des  interactions réciproques sur différents exemples, y compris pour des objets en mouvement quelconque.  Faire un bilan des forces appliquées à un système donné.  Le principe de l'inertie.  Déterminer les conditions pour que la vitesse du centre d'inertie d'un solide soit constante ou non dans le temps.  Que SF ne régit que le mouvement de G.      Identifier un couple et calculer sa valeur.  Déterminer les conditions pour que la vitesse angulaire du solide soumis à des couples soit constante dans le temps (équilibre ou rotation uniforme).                                      On attend que l'élève sache:  Identifier différentes sources d'énergie : fossile, solaire, hydraulique et nucléaire...  Définir et identifier 1es systèmes.  Définir et identifier les systèmes isolés et non isolés, à l'équilibre ou non, à énergie constante ou non.  Pour décrire et analyser les exemples étudiés, utiliser les termes:  énergie transférée par chaleur, travail ou rayonnement.  énergie transférée par convection.  énergie d'un système : énergie constante, variation d'énergie (l'énergie croît ou décroît).  .