Présentation

Cette partie doit être traitée en totalité avant d'aborder les autres parties du programme. Elle porte sur l'étude des signaux physiques, et plus particulièrement sur celle des signaux sinusoïdaux, qui jouent un rôle central dans les systèmes linéaires. Cette première partie s’appuie sur un spectre large de concepts qui ont été abordés au lycée :

- en classe de seconde : signal périodique et spectre ;

- en classe de première scientifique : énergie électrique, loi d’Ohm, loi de Joule, lentilles minces,
longueur d’onde dans le visible, spectres de sources lumineuses ;

- en classe de terminalescientifique : signaux numériques, ondes progressives, diffraction, interférences, effet Doppler, lois de Newton, énergie mécanique, oscillateur amorti.

La familiarité des étudiants avec la plupart des notions abordées dans cette partie doit faciliter la transition vers une physique plus quantitative qu’au lycée, ce qui nécessite une acquisition progressive d’outils nécessaires à la formalisation mathématique des lois de la physique. Les thèmes abordés dans cette partie ont été retenus pour leur caractère motivant ou formateur. Il convient d’introduire progressivement le formalisme en soulignant la richesse des conclusions auxquelles il permet d'accéder. Dans toute cette partie, on ne s’intéresse, à une exception près, qu’à des grandeurs scalaires associées à au plus une variable d’espace.

L’enseignement de cette partie doit faire très largement appel à la démarche expérimentale, qu’il s’agisse d’expériences de cours ou de travaux pratiques. Il convient à cet égard d’être conscient que la pratique des circuits électriques ne figure que très peu dans les programmes du lycée.

Objectifs généraux de formation

Cette première partie de programme « Signaux physiques » s’inscrit dans la continuité du programme de Terminale S, tout en amorçant une nécessaire transition vers une formalisation plus approfondie des lois de la physique. À travers les contenus et les capacités exigibles sont développées des compétences qui seront par la suite valorisées, parmi lesquelles :

- comprendre le rôle joué par une équation différentielle dans l’étude de l’évolution temporelle d’un système physique

- comprendre la représentation des solutions dans un portrait de phase

- relier linéarité et superposition

- exploiter la décomposition sinusoïdale d’un signal pour prévoir son évolution à travers un système linéaire

- interpréter physiquement et savoir reconnaître la forme analytique d’un signal qui se propage

- relier conditions aux limites et quantification, conditions aux limites et décomposition en ondes
stationnaires

- dégager les similitudes de comportement entre systèmes analogues par une mise en équation pertinente utilisant variables réduites et paramètres caractéristiques adimensionnés

- réaliser des constructions graphiques claires et précises pour appuyer un raisonnement ou un calcul

À l’issue de cette première partie de programme, ces compétences ne sauraient être complètement acquises ; il convient donc de les travailler chaque fois que l’occasion s’en présente dans la suite de la formation.

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Olivier

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