Cette partie présente l’ensemble des capacités expérimentales que les élèves doivent acquérir au cours de l’année durant les séances de travaux pratiques. Comme précisé dans le préambule consacré à la formation expérimentale, une séance de travaux pratiques s’articule autour d’une problématique, que les thèmes - repérés en gras dans le corps du programme de formation disciplinaire - peuvent servir à définir.

Les capacités rassemblées ici ne constituent donc en aucun cas une liste de travaux pratiques qui s’articuleraient autour d’une découverte du matériel : par exemple, toutes les capacités mises en œuvre autour de l’oscilloscope ne sauraient être l’objectif d’une séance unique, mais doivent au contraire faire l’objet d’un apprentissage progressif contextualisé où chaque élément apparaît naturellement à l’occasion d’un problème concret.

Les différentes capacités à acquérir sont, pour plus de clarté, regroupées par domaine, les deux premiers étant davantage transversaux. Cela ne constitue pas une incitation à limiter une activité expérimentale à un seul domaine. La capacité à former une image de bonne qualité, par exemple, peut être mobilisée au cours d’une expérience de mécanique ou de thermodynamique, cette transversalité de la formation devant être un moyen, entre d’autres, de favoriser l’autonomie et la prise d’initiative décrites plus haut dans la partie « Compétences spécifiques mobilisées lors des activités expérimentales ».

Le matériel nécessaire à l’acquisition de l’ensemble des compétences ci-dessous figure dans l’Appendice 1 du programme.

Nature et méthodesCapacités exigibles
1.    Mesures de longueurs et d’angles

Longueurs : sur un banc d’optique.

Longueurs : à partir d’une photo ou d’une vidéo.

 

Angles : avec un goniomètre.

 

 

 

Longueurs d’onde.

 

Mettre en œuvre une mesure de longueur par déplacement du viseur entre deux positions.

Pouvoir évaluer avec une précision donnée, par comparaison à un étalon, une longueur (ou les coordonnées d’une position) sur une image numérique.

Utiliser un viseur à frontale fixe, une lunette auto- collimatrice.

Utiliser des vis micrométriques et un réticule pour tirer parti de la précision affichée de l’appareil utilisé.

Étudier un spectre à l’aide d’un spectromètre à fibre optique.

Mesurer une longueur d’onde optique à l’aide d’un goniomètre à réseau.

Mesurer une longueur d’onde acoustique à l’aide d’un support gradué et d’un oscilloscope bicourbe.

2.    Mesures de temps et de fréquences

Fréquence ou période :

- Mesure directe au fréquencemètre numérique, à l’oscilloscope ou via une carte d’acquisition

- Mesure indirecte : par comparaison avec une fréquence connue voisine, en réalisant des
battements.

Analyse spectrale.

 

Décalage temporel/Déphasage à l’aide d’un oscilloscope numérique.

 

 

Choisir    de    façon    cohérente    la    fréquence d’échantillonnage, et la durée totale d’acquisition.

 

 

 

 

Effectuer l’analyse spectrale d’un signal périodique à l’aide d’un oscilloscope numérique ou d’une carte d’acquisition.

Reconnaître une avance ou un retard.

Passer d’un décalage temporel à un déphasage et inversement.

Repérer précisément le passage par un déphasage de 0 ou π en mode XY.

3. Électricité

Mesurer une tension :

- mesure directe au voltmètre numérique ou à l’oscilloscope numérique.

Mesurer un courant :

- mesure directe à l’ampèremètre numérique

- mesure indirecte à l’oscilloscope aux bornes d’une résistance adaptée.

Mesurer une résistance ou une impédance :

- mesure directe à l’ohmmètre/capacimètre

- mesure indirecte à l’oscilloscope ou au voltmètre sur un diviseur de tension.

Caractériser un dipôle quelconque.

 

Élaborer un signal électrique analogique :

- périodique simple à l’aide d’un GBF - modulé en amplitude à l’aide de deux GBF et d’un multiplieur

Agir sur un signal électrique à l’aide des fonctions simples suivantes :

- isolation, amplification, filtrage - sommation, intégration

 

 

 

- numérisation.

Capacités communes à l’ensemble des mesures électriques :

- Expliquer le lien entre résolution, calibre, nombre de points de mesure

- Préciser la perturbation induite par l’appareil de mesure sur le montage et ses limites (bande passante, résistance d’entrée)

- Définir la nature de la mesure effectuée (valeur efficace, valeur moyenne, amplitude, valeur crête à crête,...).

 

 

 

 

 

 

Visualiser la caractéristique d’un capteur à l’aide d’un oscilloscope numérique ou d’une carte d’acquisition.

Obtenir un signal de valeur moyenne, de forme, d’amplitude et de fréquence données.

 

 

 

Gérer, dans un circuit électronique, les contraintes liées à la liaison entre les masses.

Mettre en œuvre les fonctions de base de l’électronique réalisées par des blocs dont la structure ne fait pas l’objet d’une étude spécifique.

Associer ces fonctions de base pour réaliser une fonction complexe en gérant les contraintes liées aux impédances d’entrée et/ou de sortie des blocs.

Élaborer un protocole permettant de déterminer le nombre de bits d’une conversion A/N et N/A.

4. Optique

Former une image.

 

 

 

 

 

Créer ou repérer une direction de référence.

Analyser une lumière.

 

 

Analyser une image numérique.

 

Éclairer un objet de manière adaptée.

Choisir une ou plusieurs lentilles en fonction des contraintes expérimentales, et choisir leur focale de façon raisonnée.

Optimiser la qualité d’une image (alignement, limitation des aberrations...).

Estimer l’ordre de grandeur d’une distance focale.

Régler et mettre en œuvre une lunette auto- collimatrice et un collimateur.

Obtenir et analyser quantitativement un spectre à l’aide d’un réseau.

Identifier, à l’aide d’un polariseur, une onde polarisée rectilignement et mesurer sa direction de polarisation.

Acquérir (webcam, appareil photo numérique,...) l’image d’un phénomène physique sous forme numérique, et l’exploiter à l’aide d’un logiciel (obtention d’un profil d’intensité sur un segment, extraction d’un contour en modifiant le contraste, mesure d’une longueur par comparaison à un étalon, ...) pour conduire l’étude du phénomène.

5. Mécanique

Mesurer une masse, un moment d’inertie.

 

Visualiser et décomposer un mouvement.

Mesurer une accélération.

Quantifier une action.

 

Utiliser une balance de précision.

Repérer la position d’un centre de masse et mesurer un moment d’inertie à partir d’une période et de l’application de la loi d’Huygens fournie.

Mettre en œuvre une méthode de stroboscopie.

Enregistrer un phénomène à l’aide d’une caméra numérique et repérer la trajectoire à l’aide d’un logiciel dédié, en déduire la vitesse et l’accélération.

Mettre en œuvre un accéléromètre. Utiliser un dynamomètre.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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Olivier

Professeur en lycée et classe prépa, je vous livre ici quelques conseils utiles à travers mes cours !