Cours et leçons de physique-chimie pour la Terminale S (TS)

Cours de tleS – Principe du laser – Terminale S Le laser est une source primaire de lumière possédant des caractéristiques particulières. Caractéristiques du laser Première réalisation du laser (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) dans les années 1960 (laser rouge à rubis de Maiman). Monochromaticité: sceptre de raies d’une longueur d’onde précise et souvent unique. Pour le laser He-Ne, la longueur du rayonnement est λ = 632,8 nm. Directivité du faisceau : faisceau très peu élargi. Celui-ci n’est…

Cours de tleS sur le photon – Terminale S Le prérequis est la connaissance des propriétés ondulatoires de la lumière, en particulier des relations entre longueur d’onde λ, période T, fréquence f et vitesse de la lumière c. La « particule » photon Le photon est la particule élémentaire des ondes électromagnétique : lumière visible, infrarouges, ondes radio, ultraviolets, rayons gamma. Le photon se déplace dans le vide à la vitesse de la lumière, c=3,00.108 s-1 L’onde lumineuse Certains faits…

Cours de tleS – Excitation – Désexcitation – Terminale S La mécanique quantique permet d’interpréter les observations des spectres de raies des atomes, des ions et des molécules en montrant que leurs niveaux d’énergies sont quantifiés. Transitions électroniques, vibratoires Les transitions électroniques peuvent se produire dans les atomes. Les électrons y sont répartis sur des couches électroniques caractérisées par leurs niveaux d’énergie respectifs. Il y transition lorsqu’un électron passe d’un niveau à un autre. Lorsqu’un atome reçoit une quantité d’énergie…

Cours de tleS sur la variation de température et d’énergie interne – Terminale S Un transfert thermique vers un système S peut avoir comme effets une variation de température et/ou un changement d’état de S. Les objectifs de ce chapitre : Etablir un lien entre la variation de température d’un système physique et sa variation d’énergie interne; préciser dans quelles conditions la relation est applicable. Définir la capacité thermique d’un matériau. Présenter la notion de chaleur latente de changement d’état….

Cours de tleS – Stockage optique – Ecriture d’un CDR ou CDRW – Terminale S Le stockage de l’information nécessite un processus d’écriture réversible ou irréversible. Codage de l’information La taille d’un bit correspond à une distance d’enregistrement sur un CD de 0,278 µm. Le codage en « 0 » correspond à un creux ou à un plat. Le codage en « 1 » correspond à la transition creux/plat ou plat/creux. Système de codage EFM (Eight to Fourteen Modulation) :…

Cours de tleS – Stockage optique – Lecture d un CD – Terminale S Un Compact Disc (CD) permet de stocker des informations. Son système de lecture est basé sur le phénomène d’interférence des ondes électromagnétiques. Description d’un CD Compact disc ou CD: disque de 12 cm de diamètre et 1,2 mm d’épaisseur sur lequel est gravée une piste spirale de 5 km sur 22 188 tours, chaque tour étant distant du suivant de 1,6 µm. Capacité d’écoute : 74…

Cours de tleS – Rayon lumineux dans une fibre optique – Terminale S Suivant l’axe de la fibre optique, un rayon laser peut ou non être transmis par réflexion totale. Fibre optique d’axe rectiligne Description de la situation On considère une fibre optique à saut d’indice, d’indice de cœur et d’indice de gaine L’angle d’incidence On cherche les angles de réflexion et de réfraction aux différentes surfaces de séparation. Trajet d’un laser Lois de Descartes de la réfraction, à l’entrée…

Cours de tleS sur la transmission de l’information – Terminale S Un signal peut se propager ou être transmis librement ou de manière guidée. Sa propagation entraîne généralement son atténuation. Transmission hertzienne Le signal portant l’information est couplé à un signal de fréquence appelé porteuse. Une antenne émettrice produit une onde électromagnétique (propagation libre) reçue par une antenne réceptrice. Elle est peu utilisée en dehors des transmissions radio ou télécommunication à grandes distances.   Avantage: Pas de support, elle peut…

Cours de tleS sur les fibres optiques – Terminale S Une fibre optique permet la propagation guidée et la transmission d’un signal électromagnétique. Types de fibres optiques Présentation d’un brin Fibre optique est composée de 3 éléments principaux : le cœur, la gaine et la protection. La différence d’indice de réfraction entre le cœur et la gaine est telle qu’il y a réflexion totale à l’interface cœur/gaine : le signal à transmettre est piégé dans le cœur. En général, les…

Cours de tle S sur la propagation de l’information – Terminale S Transmission et stockage de l’information Un signal peut se propager librement ou de manière guidée. Sa propagation entraîne généralement son atténuation. Propagation et support de l’information Pour être envoyée d’un émetteur vers un récepteur, l’information doit être attachée à un support : généralement, ce support est une onde qui se propage entre la source et le récepteur. La propagation est le processus physique de déplacement de l’onde vecteur…

Cours de tleS sur le codage – Image numérique – Terminale S Une image numérique peut être codée en couleurs, en noir et blanc ou en niveaux de gris. Pixellisation Un film peut être remplacé par une suite rapide d’images fixes. Si deux images successives sont séparées d’un temps inférieur au temps de persistance rétinienne, l’illusion est parfaite. On choisit couramment une cadence de 16 images par seconde. Une image peut être remplacée par une juxtaposition de petites taches de…

Cours de tleS sur le codage numérique d’un signal sonore – Terminale S Pour être converti en signal numérique, un signal analogique doit être échantillonné. Pour être converti en signal numérique, un signal échantillonné doit être quantifié avant d’être codé de manière binaire. Echantillonnage Le signal sonore est caractérisé par la variation de la pression dans le temps : c’est elle qui fait vibrer le tympan. L’échantillonnage d’un signal sonore correspond à la mesure périodique de la pression et à…

Cours de tleS sur l’image numérique – Espace mémoire – Terminale S L’espace mémoire de stockage d’une image numérique dépend de deux facteurs : le codage choisi pour celle-ci (noir et blanc, niveaux de gris, 24 couleurs ….. ) et sa résolution. Nombre de pixels d’une image Nombre de pixels par centimètre Résolution en dpi : nombre de pixels par pouce. La résolution en nombre de pixels par centimètre (ou px/cm) d’une image numérique dépend de la résolution en dpi….

Cours pour la tleS – Image numérique – Généralité et pixellisation – Terminale S Un signal est une perturbation d’une grandeur physique limitée dans l’espace et dans le temps. En termes plus courants, il se passe quelque chose de détectable par un capteur, et en général par nos sens, qui perturbe l’uniformité des grandeurs. Dans la chaîne de transmission de l’information, une conversion analogique/numérique est nécessaire. La qualité de l’image dépend de sa résolution ou pixellisation. Chaîne de transmission d’informations…

Cours de tleS sur le bilan d’énergie – Terminale S Soit un système macroscopiquement au repos et déformable. Il faut prendre en compte les travaux des forces dans le bilan énergétique. Objectifs de ce chapitre : Proposer une méthodologie afin d’établir un bilan d’énergie d’un système, faisant intervenir des transferts thermiques et un échange de travail. Cette fiche vient en complément des fiches sur les transferts thermiques, et rappelle quelques-unes des relations rencontrées. Faire le bilan énergétique Définir le système…

Cours de tleS sur les transferts thermiques – terminale S Les objectifs de ce chapitre : Décrire les trois types de transferts thermiques : conduction, convection et rayonnement. Ensuite, pour la conduction, introduire les notions de flux, de résistance et de conductivité thermique. Parler de l’isolation thermique d’une habitation. Modes de transfert thermique On distingue trois modes de transfert thermique entre deux systèmes : la conduction (transfert par contact), la convection (transfert par mouvement de fluide), le rayonnement (transfert par…

Cours de tleS sur le système et énergie interne – Terminale S L’énergie interne est une grandeur énergétique globale, pour bien comprendre cette notion, il est conseillé de réviser le chapitre relatif aux grandeurs énergétiques en mécanique. Les objectifs de ce chapitre : Introduire la notion d’énergie interne : indiquer à quoi elle correspond à l’échelle microscopique. Faire le lien entre l’agitation thermique et la température. Voir comment l’énergie interne d’un système physique peut varier. Energie interne Système thermodynamique :…

Cours de tleS sur la 3ème loi de Newton – Terminale S Tout au long de cette fiche, nous allons découvrir la dernière loi de Newton, plus intuitive que les deux autres et nous allons comprendre ce qui se passe si on exerce une pression avec son pouce sur une table. Comment peut-on expliquer la déformation du pouce, par l’action de la table sur le pouce ? Troisième loi de Newton, principe des actions réciproques Enoncé: Soit deux systèmes mécaniques,…

Cours de tleS sur l’énergie mécanique – Terminale S L’énergie mécanique se définit comme la somme des énergies potentielle et cinétique. Energie cinétique et énergie mécanique Soit M un point matériel de masse m se déplaçant dans un référentiel R, son vecteur vitesse. L’énergie cinétique de M vaut Elle s’exprime en joules. Parmi les forces s’exerçant sur M, on distingue les forces conservatives et les forces non conservatives. A chaque force conservative est associée une énergie potentielle, la somme des…

Cours de tleS sur l’énergie potentielle – Terminale S Introduction L’énergie potentielle d’un système est définie à partir du travail des forces conservatives. Le travail du poids ne dépend que des altitudes initiales et finale de M. celui de la force électrique ne dépend que des abscisses initiale et finale de M. Une force est conservative si et seulement, si son travail entre deux points quelconques A et B ne dépend pas du chemin suivi par le mobile entre ces…

Cours de tleS sur le travail d’une force – Terminale S Introduction Lors du déplacement d’un système, les forces auxquelles il est soumis travaillent. Travail élémentaire On considère un point M de masse m repéré à l’instant t par le vecteur position . Entre les instants t et t + dt, M est soumis à la force et effectue un petit déplacement appelé déplacement élémentaire tel que : . Travail élémentaire de la force entre t et t + dt…

Cours de tleS sur le mouvement dans des champs uniformes – Terminale S Dans un référentiel donné d’étude du mouvement, le vecteur vitesse d’un point mobile M, à un instant donné t, est la dérivée par rapport au temps du vecteur position à cet instant. Dans un référentiel donné d’étude du mouvement, le vecteur quantité mouvement d’un système de masse m et de centre d’inertie G est : Mouvement dans le champ de gravitation uniforme Dans le référentiel terrestre supposé…

Cours de tleS sur la deuxième loi de Newton – Terminale S Lorsqu’on reçoit une balle dans ses bras, la quantité de mouvement est d’autant plus grande que sa masse est grande et que sa vitesse est grande : on peut envisager que mesure la dangerosité en déplacement du système : un ballon de football tiré violemment est plus dangereux qu’une balle de ping-pong tombant d’une table. Le principe fondamental de la dynamique Quantité de mouvement: Soit un système S…

Cours de tleS sur le référentiel galiléen, première loi de Newton – Terminale S Après l’acquisition des lois de la cinématique, ce chapitre donne l’une des lois les plus importantes de la physique : la relation entre les forces et l’accélération. La bonne application de cette loi nécessite de très grandes précautions, le choix du référentiel, celui du système étudié, l’inventaire des forces. Tout cela est détaillé dans ce chapitre et réclame une lecture attentive. On traite ici le mouvement…

Cours de tleS sur le référentiel d’espace et de temps – Terminale S Le mouvement d’un point matériel dépend de sa trajectoire et de sa vitesse. Le principe d’inertie relie les caractéristiques du mouvement du système aux forces extérieures exercées sur lui. Système et référentiel Centre de masse G d’un système : point remarquable auquel on attribue toute la masse du système pour une étude simplifiée. Pour les objets de densité uniforme, G est le centre géométrique. Référentiel : observateur…

Cours de tleS sur le mouvement d’un satellite – Terminale S L’étude du mouvement circulaire uniforme d’un satellite se réalise dans le repère de Frenet. Force gravitationnelle Un satellite est en orbite autour de la Terre. Dans le référentiel géocentrique, supposé galiléen, la Terre exerce sur le satellite une force gravitationnelle, donnée par : La force gravitationnelle créée par la Terre est toujours dirigée vers son centre. Base de Frenet Approximation des trajectoires circulaires : on admet que le centre…

Cours de tleS sur les lois de Kepler – Terminale S Les lois de Kepler régissent les mouvements des planètes autour du Soleil. Référentiel de travail Dans ce chapitre, on étudie les satellites gravitationnels des planètes ou des étoiles assimilées à des corps dont la répartition des masses possède la symétrie sphérique. Soit A un astre (étoile ou planète sphérique). Le référentiel A-centrique est le référentiel dont le centre O de A est un point fixe et dont les axes…

Cours de tleS – Effet Doppler – Terminale S L’effet Doppler ou décalage en fréquence du fait du mouvement de la source peut être utilisé comme moyen d’investigation en astronomie. Principe Lorsque la source se déplace par rapport à l’observateur, on peut enregistrer une différence entre la fréquence perçue et la fréquence émise f : c’est l’effet Doppler. Soit c la célérité de l’onde et v la vitesse de la source : Si la source se déplace vers l’observateur, alors…

Cours de tleS sur les interférences – Terminale S La superposition de deux ondes mono ou polychromatiques cohérentes crée des interférences dont on peut mesurer l’interfrange. Le phénomène d’interférences Un diviseur d’ondes est un système expérimental permettant de produire deux ondes filles à partir d’une onde principale. Soit M un point de l’espace où convergent deux ondes sinusoïdales de même amplitude, produites par division d’une onde mère de fréquence f et de période T = 1 /f. les deux ondes…

Cours de tleS sur l’utilisation de la figure de diffraction – Terminale S La figure de diffraction d’un objet ou d’une ouverture peut être utilisée afin de déterminer ses dimensions. Dispositif expérimental Un laser éclaire une fente ou fil de largeur a, la figure de diffraction obtenue est projetée sur un écran situé à une distance D de la fente. On observe une tache centrale de largeur 2d et des taches secondaires. Le but est de déterminer le diamètre d’un…