Statut: vigent · Texte en vigueur au 22/10/2026 · Données jusqu’au BOPA du 22/10/2026 · Publiée au BOPA núm. 29, any 2019 (27/03/2019) · Page complète (historique des versions)
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Le présent Décret fixe le programme de la matière de physique du baccalauréat général de l'École andorrane, établie à l'article 10 du Décret du 20-03-2019 d'organisation du niveau de baccalauréat général du Système éducatif andorran.
Le programme de la matière de physique est mis en œuvre dans les conditions établies par le plan d'études et s'applique dans les termes déterminés par la réglementation régissant l'organisation du baccalauréat de l'École andorrane.
Le programme de la matière de physique du baccalauréat général de l'École andorrane figure en annexe.
Décret du 4-3-2015 du programme de la matière de physique et chimie I et II du baccalauréat de l'École andorrane est abrogé.
présent Décret entre en vigueur le jour suivant sa publication au Bulletin officiel de la Principauté d'Andorre.
Annexe.
INTRODUCTION Dans le monde actuel, l'exercice d'une citoyenneté responsable requiert de disposer d'une formation scientifique qui permette de rechercher et de comprendre l'information, d'évaluer les données et de tirer des conclusions de manière critique et autonome, afin de pouvoir prendre des décisions et agir sur des questions d'intérêt personnel et social avec un fondement scientifique.
Pour aider les élèves dans le processus d'acquisition de la compétence scientifique, la matière de physique du baccalauréat s'oriente vers la construction des grands modèles explicatifs de la physique, afin que les élèves puissent prédire, expliquer, explorer et argumenter les propriétés et le comportement de la matière et de l'énergie, du temps et de l'espace, de la plus petite à la plus grande échelle.
Ces modèles incluent les modèles classiques d'interactions mécaniques, le modèle ondulatoire, la vision thermodynamique des phénomènes ou l'électromagnétisme, mais aussi certains modèles propres à la physique moderne, tels que le modèle de l'atome radioactif.
En ce sens, la matière a un caractère formatif ayant pour objectif de promouvoir chez l'élève l'intérêt pour la recherche de réponses scientifiques en cohérence avec les apprentissages acquis lors de l'étape précédente, qu'il s'approprie les compétences que suppose la familiarisation avec la nature de l'activité scientifique et technologique, afin qu'il soit capable de progresser dans la connaissance de questions profondes relatives à la nature du monde physique à diverses échelles, en particulier dans le paradigme classique, mais aussi en amorçant le regard depuis d'autres paradigmes tels que le quantique ou le relativiste.
Acquérir ces modèles de manière compétencielle va toutefois bien au-delà de les connaître per se.
Dans le processus de leur construction, les contextes d'expérimentation et d'investigation, tant historiques que scolaires, dans lesquels ces idées se sont progressivement consolidées et prennent sens pour les élèves, revêtent une importance particulière.
Pour ce motif, la matière de physique du baccalauréat accorde une importance particulière à la dimension procédurale associée à chacune des grandes idées ou chacun des grands modèles travaillés.
Cela implique d'analyser et d'expérimenter de première main avec les instruments, les techniques et la méthodologie propres à chaque domaine de la physique étudié, en concevant, réalisant, analysant ou simulant tant des expériences réalisables dans le cadre scolaire que des expériences paradigmatiques d'une importance historico-culturelle particulière.
Enfin, et dans la perspective selon laquelle il est important que les élèves s'interrogent sur les implications sociales qu'entraînent les applications de la physique, la matière est également orientée vers la compréhension des relations entre la science, la technologie et la société dans ce domaine.
En ce sens, la matière de physique du baccalauréat accorde de l'importance au fait que les élèves puissent apprécier l'influence sociale et les questions éthiques que les avancées scientifiques et technologiques soulèvent dans le domaine de la physique, non seulement en interprétant et en appréciant l'information, mais en argumentant leur position et en agissant en conséquence.
En définitive, la matière de physique entend partager avec les élèves l'idée que la physique n'est pas seulement une production culturelle humaine importante qui a atteint des jalons intellectuels et technologiques majeurs, mais une contribution à l'amélioration de la vie des personnes sous diverses formes.
COMPÉTENCES SPÉCIFIQUES Apprendre les sciences, c'est bien plus qu'apprendre l'héritage de concepts, de théories et de modèles que la science a développés au cours de l'histoire.
C'est aussi bien plus qu'apprendre les étapes d'une « méthode scientifique » universelle, souvent stéréotypée, ou que maîtriser certaines techniques expérimentales, qu'elles soient de terrain ou de laboratoire.
De fait, comme nous avons sûrement dû l'observer à diverses occasions, que les élèves semblent maîtriser les concepts et les méthodologies de l'activité scientifique est différent du fait qu'ils soient capables de participer de manière active et autonome à l'activité de création, de validation, de consensus et de communication de la connaissance scientifique.
C'est-à-dire de penser, de parler et de faire « scientifiquement ».
En ce sens, la compétence scientifique implique bien plus que maîtriser les produits conceptuels et procéduraux de la science, et renvoie au fait d'être capable de participer à l'activité ou à la pratique de la communauté scientifique.
Il existe actuellement un consensus, tant en philosophie des sciences qu'en didactique des sciences, sur le fait que cette pratique scientifique englobe trois sphères d'activité ou pratiques scientifiques clés, qui sont la modélisation, l'investigation et l'argumentation, que les élèves doivent maîtriser pour se montrer compétents scientifiquement.
Dans le cas de la physique, comprendre la compétence scientifique en physique comme une compétence dans la pratique scientifique de la physique scolaire implique d'engager les élèves à penser, parler et faire de manière analogue, mais non identique, à la manière dont l'ont fait et le font les physiciens.
Cela implique que les élèves soient compétents dans les formes de modéliser, d'explorer et d'argumenter appropriées dans la scolarité postobligatoire en physique et qu'ils maîtrisent les modèles physiques clés que la physique a construits au cours de son histoire et ceux qui sont utiles aujourd'hui.
C'est-à-dire que savoir la physique devient, de fait, savoir exprimer et utiliser des modèles physiques clés en se servant de l'investigation et de l'argumentation comme outils pour les mettre à l'épreuve, les réviser et les appliquer.
C'est pour ce motif que les trois compétences que nous présentons ci-après sont structurées sur la base de ces trois sphères de la pratique scientifique appliquée à la physique du baccalauréat.
C1 ÉLABORER DES MODÈLES SUR DES PHÉNOMÈNES PHYSIQUES PERTINENTS QUI PERMETTENT DES PRÉDICTIONS, LE DÉVELOPPEMENT D'EXPLICATIONS ET L'ORIENTATION D'ACTIONS Les modèles que les élèves élaborent doivent être utilisés pour formuler des prédictions et des hypothèses, construire des explications des phénomènes explorés ainsi que de phénomènes nouveaux auxquels les modèles construits peuvent s'appliquer, et planifier et justifier des actions en conséquence.
En ce sens, les modèles se construisent en les utilisant pour prédire, expliquer et agir tant à l'égard des phénomènes travaillés en classe pour construire les modèles qu'à l'égard des phénomènes nouveaux auxquels ils peuvent s'appliquer.
Au niveau du baccalauréat, tant les prédictions que les explications doivent pouvoir se faire dans divers langages (graphique, mathématique, verbal), avec un haut degré de sophistication, et pouvoir être justifiées et défendues de manière dialogique et appropriée.
Les modèles initiaux des élèves coïncident rarement avec les modèles que nous voulons que les élèves construisent, et en ce sens il est indispensable d'évaluer leurs modèles sur la base de données, qu'elles soient obtenues par les élèves eux-mêmes au moyen de processus d'investigation (qui sont expliqués dans la compétence suivante) ou mises à leur disposition par d'autres (données historiques d'expériences classiques, données obtenues dans des laboratoires distants, données disponibles d'installations scientifiques actuelles, etc.).
Dans l'évaluation des modèles, au moyen d'activités d'investigation, les processus de collecte et de traitement des données ont une importance relative par rapport à l'importance d'interpréter ce que ces données nous suggèrent à l'égard de notre modèle.
Réviser les modèles sur la base de propositions alternatives est la dernière phase d'un cycle de modélisation orienté vers l'appropriation, par les élèves, des modèles établis par la physique.
En ce sens, bien que les élèves aient pu évaluer leurs modèles initiaux sur la base de données et de preuves disponibles, ces données et preuves ne suggèrent pas toujours quel est le modèle alternatif le plus approprié et ne permettent pas de réviser le modèle des élèves en conséquence.
C1 Élaborer des modèles sur des phénomènes physiques pertinents qui permettent des prédictions, le développement d'explications et l'orientation d'actions Exprimer des théories et des modèles propres et établis par la physique dans divers langages, y compris le verbal, le graphique et le mathématique Évaluer les modèles physiques et mathématiques propres sur la base des données disponibles afin de les améliorer Réviser les modèles physiques et mathématiques propres sur la base d'autres idées afin de les amélio- rer Construire des explications sur la base de théories et de modèles propres et établis Orientations didactiques de la compétence Le processus de construction de modèles sophistiqués qui est proposé requiert de poursuivre la proposition didactique de l'enseignement secondaire, mais avec deux différences importantes.
En premier lieu, le processus devrait être développé de manière plus autonome par les élèves.
En second lieu, les modèles construits et la manière de les construire doivent impliquer une plus grande profondeur de contenus.
En ce sens, il s'agit de suivre les mêmes phases pour l'élaboration des modèles des phénomènes physiques : partir des modèles initiaux des élèves ; les mettre à l'épreuve expérimentalement (confrontation empirique) ; les réviser à partir d'autres idées (confrontation théorique) et convenir d'une version finale.
Au baccalauréat, toutefois, ces phases incluent une sophistication élevée dans les manières d'exprimer les modèles en utilisant dans une large mesure les langages mathématique et graphique avancés, tant de manière manuelle que, surtout, avec l'usage des nouvelles technologies.
L'accent est également mis sur le caractère itératif complexe qui se produit entre les processus d'évaluation et de révision du modèle, qui ne doivent pas suivre une évolution linéaire et qui doivent intégrer différentes manières d'observer et de recueillir des données, ainsi que l'utilisation d'un langage multimodal approprié dans le consensus sur le modèle final.
Enfin, est également propre à cette étape l'application plus autonome du modèle appris à de nouvelles situations à forte exigence en termes de transfert, telles qu'appliquer ce qui a été appris sur la radioactivité dans le contexte, par exemple, des scintigraphies ou dans le contexte de la problématique de Fukushima.
C2 ÉTUDIER DES PHÉNOMÈNES ET DES PROBLÈMES PHYSIQUES PERTINENTS AU MOYEN DE DONNÉES EXPÉRIMENTALES L'étape du baccalauréat doit permettre la participation à des recherches présentant divers degrés d'ouverture et avec divers instruments et méthodologies afin de développer la capacité de concevoir et de mener des investigations.
Cela va du suivi point par point de protocoles standardisés jusqu'à la conception de toutes les phases d'une recherche authentique, en offrant aux élèves un éventail de contextes expérimentaux dans lesquels ils peuvent développer la compétence de concevoir et de mener des recherches.
Ainsi, les investigations à faible degré d'ouverture qui suivent des protocoles donnés doivent faciliter la compréhension, par les élèves, de ce qu'est un protocole de laboratoire et de la manière dont il a été élaboré, et inclure des techniques et des instruments sophistiqués qui requièrent ce protocole, afin de les rendre capables de les mettre en œuvre.
D'autre part, rendre les élèves capables de concevoir des investigations requiert de les impliquer dans la prise de décisions sur les données à recueillir, comment et quand le faire, avec quels matériels et instruments, en suivant quelle technique, etc. En général, les investigations à grand degré d'ouverture, authentiques du point de vue expérimental, doivent être utilisées pour travailler des idées plus simples ou de moindre importance conceptuelle, ainsi que des instruments et techniques simples ou connus, afin de permettre l'autonomie de l'élève, un travail approfondi de la compétence expérimentale et de se concentrer sur la qualité du processus d'investigation.
Que des investigations guidées ou plus libres aient été menées, une dimension clé de la compétence d'investigation est le traitement des données, depuis la collecte avec divers instruments, la sélection, le traitement et la représentation, jusqu'à l'analyse, y compris la modélisation mathématique.
En ce sens, les élèves doivent être confrontés progressivement à des recherches dans lesquelles la collecte de données suit des stratégies ou utilise des instruments progressivement plus sophistiqués, en connaissant et en utilisant le concept d'erreur expérimentale associé à la limite de mesure fiable et valide des instruments.
De même, le C2 Étudier des phénomènes et des problèmes physiques pertinents au moyen de données expérimentales Se poser des questions susceptibles d'investigation sur des phénomènes physiques pertinents culturellement et socioéconomiquement Traiter des données empiriques de divers formats Élaborer des conclusions d'investigations expérimentales dans divers formats scientifiques Réaliser des investigations expérimentales en physique traitement graphique et mathématique de ces données doit inclure des représentations de plus en plus sophistiquées et des outils mathématiques de plus en plus complexes.
Enfin, la compétence en investigation inclut la capacité de tirer des conclusions des données et leur communication.
Ces conclusions doivent pouvoir être communiquées dans divers formats, en mettant l'accent sur ceux qui sont propres à la pratique scientifique professionnelle, tels que les posters et les présentations lors de congrès, ainsi que les articles scientifiques écrits.
Orientations didactiques de la compétence Comme nouveauté au baccalauréat, il conviendrait de présenter et de discuter, du point de vue méthodologique ainsi qu'épistémologique, de nouvelles modalités expérimentales et pseudo-expérimentales propres à la physique qui, en raison de leur grande complexité instrumentale et mathématique, n'ont pas été travaillées dans l'enseignement secondaire.
En sont des exemples les croisements de sources de données différentes (par exemple, des données de télescopes optiques avec des radiotélescopes) ; l'utilisation de données générées par ordinateur (par exemple, des générateurs aléatoires dans des simulations de Monte-Carlo) pour calibrer des instruments, et les expériences réalisées dans le cadre de grandes collaborations scientifiques internationales dans de grandes installations scientifiques, entre autres.
En ce sens, il serait intéressant de s'informer, de discuter et, dans la mesure du possible, de reproduire des exemples d'une grande importance historique (comme l'expérience de Michelson-Morley ou celle de la double fente), ainsi que des expériences hautement importantes aujourd'hui (telles que la recherche du boson de Higgs au CERN ou la découverte d'ondes gravitationnelles au LIGO).
En général, le travail sur la compétence d'investigation en sciences doit être accompagné d'une réflexion explicite, du point de vue épistémologique, sur ce que signifie faire de la science en général et de la physique en particulier, afin que les élèves achèvent leurs études avec une vision de l'activité scientifique beaucoup plus sophistiquée que celle qui est centrée sur une méthode scientifique stéréotypée.
C3 ARGUMENTER SUR LA BASE DE PREUVES ET DE MODÈLES SUR DES QUESTIONS PERTINENTES CULTURELLEMENT, ENVIRONNEMENTALEMENT ET SOCIOÉCONOMIQUEMENT EN RELATION AVEC LA PHYSIQUE Les compétences de modélisation et d'investigation scientifiques précitées pourraient être mises en œuvre sans la nécessaire composante évaluative et argumentative que l'on attend d'élèves qui développent la pensée critique dans le domaine scientifique.
En ce sens, il est considéré comme fondamental que les élèves du baccalauréat s'impliquent dans des discussions sur les limites et les potentialités des modèles et des explications construits dans le domaine de la physique.
De même, les élèves du baccalauréat doivent pouvoir analyser la validité et la fiabilité expérimentale des méthodologies employées et des résultats obtenus dans l'investigation de phénomènes physiques.
En ce sens, il s'agit d'analyser si les expériences proposées par les élèves servent à répondre à la question que nous nous posons et si elles le font avec un certain degré de fiabilité, et de s'initier à la notion de chiffres significatifs et d'erreur expérimentale.
D'autre part, et dans la continuité des compétences argumentatives travaillées dans l'enseignement secondaire, les élèves du baccalauréat doivent être capables de construire et de défendre leur propre position sur la base de preuves et de connaissances sur des questions socialement pertinentes et vives qui impliquent la physique.
Par exemple, leur position quant à l'existence et à la localisation d'un site de stockage de déchets nucléaires, les possibilités et les limites de la nanotechnologie, etc., en incluant d'autres dimensions que la seule dimension scientifique, en conjuguant des aspects économiques, éthiques, culturels, sociaux, émotionnels, etc. Mais au niveau du baccalauréat, les élèves doivent être capables de construire des argumentations complexes qui, tout en combinant diverses dimensions, soient explicites dans l'usage de preuves scientifiques et dans la valeur accordée à ces preuves.
C3 Argumenter sur la base de preuves et de modèles sur des questions pertinentes culturellement, environnementalement et socioéconomiquement en relation avec la physique Discuter les limites et les potentialités des modèles et des explications construits dans le domaine de la physique Analyser la validité et la fiabilité expérimentale des méthodologies employées et des résultats obtenus dans l'investigation de phénomènes physiques Défendre sa propre position sur la base de preuves et de connaissances sur des questions socialement pertinentes et vives qui impliquent la physique Orientations didactiques de la compétence L'apprentissage des compétences évaluatives et argumentatives requiert un niveau de réflexion critique important, tant à l'égard de la qualité des processus de modélisation, d'investigation et d'argumentation que, plus important encore, à l'égard de ses propres idées et des fondements de ses propres positions en relation avec ces processus.
Atteindre ce niveau de réflexion n'est pas toujours facile, puisqu'il s'agit de compétences de pensée d'ordre supérieur.
D'une part, les élèves s'impliqueront difficilement dans la tâche si le sujet travaillé ne leur est pas suffisamment pertinent.
D'autre part, une forte implication personnelle dans le sujet peut accentuer des aspects émotionnels qui rendent superflu le raisonnement fondé sur des preuves.
Pour travailler ces aspects, les élèves doivent visionner et analyser des débats aussi authentiques que possible, et y participer, en analysant et en réfléchissant à la manière dont ils se déroulent (le manque ou l'excès d'implication personnelle dans le sujet, l'utilisation et la valeur accordée aux arguments fondés sur des preuves, l'importance d'autres aspects non scientifiques dans les positions, etc.) afin de pouvoir réguler leur capacité d'argumenter.
Par ailleurs, l'argumentation est une compétence qui requiert une maîtrise importante des aspects communicatifs.
Concrètement, une bonne argumentation scientifique comporte des parties précises (affirmation soutenue, données sur lesquelles elle se fonde, justification, contre-arguments, etc.) qui doivent être travaillées spécifiquement en sciences, sans oublier que, dans le même temps, un texte argumentatif n'en reste pas moins un texte persuasif qui doit être bien élaboré dans le but de convaincre.
RESSOURCES D'APPRENTISSAGE Les blocs de ressources qui ont été sélectionnés dans le programme de physique du baccalauréat s'articulent principalement autour des quatre grands paradigmes ou théories délimités historiquement en physique classique : la physique ondulatoire (qui inclut des branches de la physique telles que l'optique et l'acoustique), la mécanique, la thermodynamique et l'électromagnétisme.
Cela étant, compte tenu de la place centrale qu'occupe le paradigme mécanique dans la physique scolaire, ce paradigme a été divisé en deux blocs indépendants : d'une part, l'étude des mouvements (la branche appelée cinématique), et d'autre part, celle des interactions mécaniques sur la base de forces ou de champs (la branche appelée dynamique).
Dans le même temps, le quatrième bloc, qui portera sur l'étude de l'énergie, intègre également des aspects du paradigme mécanique, combinés avec les idées de transfert, de conservation et de dissipation de l'énergie propres au paradigme thermodynamique.
Enfin, le dernier bloc sera centré sur les nouveaux paradigmes de la physique contemporaine : relativité, quantique et physique nucléaire et des particules.
Ainsi, le premier bloc est orienté vers l'étude de la physique ondulatoire, et devrait suivre une progression en ce qui concerne les modèles, en commençant par le modèle du rayon lumineux puis en élargissant l'éventail des phénomènes au modèle ondulatoire, qui inclut non seulement des aspects optiques mais aussi acoustiques.
Le deuxième bloc porte sur l'étude des mouvements et devrait également suivre une progression, en commençant par l'étude des mouvements simples (MRU, MRUA, MCU et MCUA) et, plus tard, les mouvements complexes, en particulier les mouvements à accélération non constante.
Le troisième bloc se concentre sur l'étude des interactions mécaniques, en commençant par le modèle d'interaction à travers des forces et, plus tard, le champ gravitationnel.
Le quatrième bloc traite du modèle de l'énergie, en combinant la perspective mécanique et la perspective thermodynamique.
Le cinquième bloc propose l'étude des interactions électriques, magnétiques et électromagnétiques.
En dernier lieu, le dernier bloc présente brièvement les nouveaux regards de la physique propres à la physique moderne : la physique nucléaire et des particules, la physique relativiste et la physique quantique.
Parallèlement à la progression dans la complexité des faits et des concepts abordés, il conviendrait également de tenir compte d'une progression dans les exigences procédurales adressées aux élèves.
Ainsi, si au début du baccalauréat on s'attendrait à ce que les élèves soient capables de communiquer les résultats obtenus d'une investigation sous forme de poster, à la fin de l'étape il faudrait s'attendre à ce que les élèves soient capables de communiquer les résultats au moyen d'un petit article scientifique.
Parmi la liste des ressources exposées ci-après, certaines sont mises en évidence selon le codage par couleurs suivant.
En bleu : ce sont celles qui requièrent de manière explicite l'utilisation d'une technologie numérique allant au-delà des outils bureautiques ou des navigateurs.
Il s'agit de simulations, de capteurs numériques périphériques, de logiciels d'analyse vidéo ou de technologie mobile.
En rouge : ce sont celles qui requièrent une maîtrise des mathématiques allant au-delà du niveau de l'enseignement secondaire.
Cela implique la maîtrise de la représentation graphique de fonctions polynomiales, exponentielles et trigonométriques, entre autres, ainsi que la maîtrise des opérations sur les vecteurs.
BLOC 1 L'ÉTUDE DE LA LUMIÈRE, DU SON ET DES ONDES Bien que dans le langage courant on parle d'ondes pour désigner des phénomènes concrets comme le mouvement de l'eau dans la mer, la physique parle d'ondes comme d'un construit abstrait, une manière de nous représenter et d'expliquer la propagation de perturbations dans un milieu où, contrairement à ce que suggère le raisonnement spontané, aucune substance physique n'est transportée avec cette perturbation.
Cette idée est si puissante qu'elle sert à expliquer tant la propagation de perturbations mécaniques (c'est-à-dire d'oscillations de la pression ou de la densité d'un milieu, ou de la position des particules qui le constituent) que la propagation de perturbations électromagnétiques (variations des champs électriques et magnétiques d'un milieu).
Les humains tirent également parti de ce phénomène de propagation d'une perturbation pour transmettre une information ou un signal, tant dans les systèmes de communication naturels que technologiques.
Par exemple, dans les sens de l'ouïe et de la vue, où l'information est transmise au moyen d'ondes sonores et lumineuses, ou par exemple dans la radio ou le wifi, où sont transmises des ondes d'autres parties du spectre électromagnétique.
Dans tous ces systèmes de communication, nous tirons parti du fait que les ondes ont diverses propriétés, en particulier la dimension ou la taille des oscillations, mais aussi leur fréquence, pour obtenir un éventail de canaux de communication bien différenciés qui n'interfèrent pas entre eux.
BLOC 1 L'ÉTUDE DE LA LUMIÈRE, DU SON ET DES ONDES Quelles caractéristiques de la lumière utilisons-nous pour la décrire ? Quel comportement la lumière a-t-elle lorsqu'elle interagit avec le milieu ? Comment sa vitesse ou sa trajectoire change-t-elle lorsqu'elle traverse divers milieux ? Quels instruments optiques nous permettent de dévier la lumière pour mieux la contrôler ? Quels phénomènes physiques nous permettent d'expliquer la vue, l'un des sens humains les plus importants ? Quels outils de notre vie quotidienne utilisent des instruments optiques pour contrôler la lumière ? Comment les perturbations qui se produisent dans la nature se propagent-elles à travers un milieu ? Dans quels cas la science considère-t-elle que ces perturbations sont des ondes ? Quels types d'ondes existe-t-il et quelles propriétés nous permettent de les caractériser ? Comment le modèle d'onde mécanique nous aide-t-il à expliquer les caractéristiques des sons que nous entendons ? Comment le modèle d'onde électromagnétique nous aide-t-il à expliquer les caractéristiques des types de lumière du spectre électromagnétique ? I. FAITS ET CONCEPTS La propagation rectiligne de la lumière et la vitesse de propagation.
Les phénomènes de réflexion, de réfraction, de dispersion et d'atténuation de la lumière.
Le comportement de la lumière dans les miroirs et les lentilles.
Les caractéristiques des lentilles convergentes et divergentes.
Le télescope comme instrument paradigmatique.
Le fonctionnement de l'œil humain et la correction des défauts optiques au moyen de lunettes ou de lentilles de contact.
L'appareil photographique comme instrument paradigmatique.
Les propriétés des ondes, les fronts d'onde et la direction de propagation.
Diffraction et superposition d'ondes.
Les grandeurs d'une onde périodique : amplitude, période, vitesse de propagation, fréquence, longueur d'onde et phase.
Les similitudes et les différences entre les ondes mécaniques et les ondes électromagnétiques.
Le son comme exemple paradigmatique d'onde mécanique.
Vitesse de propagation du son.
Caractéristiques du son : intensité, hauteur et timbre.
Effets tels que la réverbération et problèmes tels que la pollution sonore.
La lumière comme exemple paradigmatique d'onde électromagnétique.
Spectre électromagnétique.
Effets tels que la polarisation et problèmes tels que la pollution lumineuse.
Les ondes stationnaires et la superposition d'ondes harmoniques.
Les phénomènes de réflexion, de réfraction, de dispersion et d'atténuation des ondes, l'effet Doppler et l'interférence de Frankopher.
II.PROCÉDURES C1 Révision critique des manières courantes de parler de la lumière, en différenciant la lumière en tant que phénomène des manières de la décrire (par exemple, différence entre faisceau et rayon lumineux).
Explication de la propagation de la lumière au moyen du modèle géométrique (rayon lumineux) et du modèle ondulatoire (principe de Huygens).
Utilisation de ces modèles pour expliquer pourquoi la vitesse de la lumière varie en fonction du milieu et calculer cette vitesse dans des situations paradigmatiques.
Utilisation de ces modèles pour expliquer le comportement de la lumière lors des changements de milieu.
Élaboration de représentations de la trajectoire de la lumière à partir du modèle géométrique, en utilisant des diagrammes pour prédire la trajectoire d'un rayon lumineux qui interagit avec divers miroirs et lentilles.
Utilisation du modèle géométrique pour expliquer la différence entre une lentille convexe et une lentille concave.
Utilisation du modèle géométrique pour expliquer les principes selon lesquels fonctionne l'œil humain et élaborer des diagrammes de rayons pour expliquer les principales maladies associées (myopie, astigmatisme et hypermétropie).
Évaluation et révision de son propre modèle de fonctionnement d'un appareil photo numérique ou analogique à partir de la connaissance du fonctionnement de l'œil et de données sur ce dont ils ont besoin et sur la nature des images qu'ils produisent.
Révision critique des idées alternatives sur les ondes, en particulier la lumière, le son et d'autres : les ondes en tant que substance, les ondes en tant que mouvement, etc. Utilisation du modèle de propagation d'une perturbation pour distinguer les types d'onde : en fonction du milieu (mécaniques ou électromagnétiques), en fonction de la propagation (longitudinales, transversales et superficielles), en fonction de la périodicité (périodiques et non périodiques) et en fonction de leur front d'onde (unidimensionnelles, bidimensionnelles ou tridimensionnelles).
Utilisation du modèle des fronts d'onde pour expliquer la réflexion et la réfraction lors d'un changement de milieu, l'atténuation au cours de la propagation et l'effet Doppler.
Expression du modèle d'onde harmonique à travers son équation, en reliant entre elles les grandeurs impliquées (amplitude, période, vitesse de propagation, fréquence, longueur d'onde et phase), en distinguant la représentation graphique de ce mouvement ondulatoire en fonction du temps et en fonction de l'espace.
Utilisation du modèle d'onde harmonique pour expliquer la composition des ondes, les interférences et les ondes stationnaires.
Mise en relation des grandeurs qui interviennent dans le modèle d'onde harmonique avec les propriétés perceptibles du son (intensité, hauteur et timbre), et expliquer à partir du modèle les phénomènes acoustiques les plus paradigmatiques (atténuation, réverbération, écho, etc.).
Utilisation du modèle d'onde stationnaire pour expliquer qualitativement et quantitativement le fonctionnement des instruments de musique à vent ou à cordes.
Explication de l'intensité sonore en se servant de l'échelle logarithmique des décibels et de sa relation avec la puissance et de sa variation en fonction de la distance à la source sonore.
Mise en relation des grandeurs qui interviennent dans le modèle d'onde harmonique avec les propriétés perceptibles de la lumière (couleur, spectre, intensité, polarisation).
Utiliser la relation entre fréquence et énergie d'une onde électromagnétique pour expliquer le spectre électromagnétique et la manière dont chaque type d'ondes du spectre interagit avec la matière.
C2 Reproduction de situations expérimentales avec des matériaux simples (eau et verre) qui permettent d'observer divers comportements de la lumière lors d'un changement de milieu.
Identification des instruments optiques les plus paradigmatiques (source lumineuse, prisme, lentille convexe, lentille concave, etc.) et savoir les utiliser, tant sur un banc optique que dans des objets du quotidien (le laser, la lampe de poche, les appareils photographiques, etc.).
Réalisation de petites expériences d'optique géométrique à partir de matériel optique de laboratoire ou de simulations virtuelles.
Contrôle des variables qui peuvent influer sur le fonctionnement d'un appareil photographique.
Reproduction de situations expérimentales avec des matériaux simples qui permettent d'observer divers comportements ondulatoires (cordes, draps, bacs à eau, etc.) et de mesurer les grandeurs associées.
Reproduction des phénomènes liés à la propagation des ondes au moyen de simulations virtuelles.
Conception de petites expériences pour analyser les propriétés acoustiques des matériaux (atténuation, réflexion et absorption).
Enregistrement de sons réels avec le téléphone portable ou l'ordinateur et les analyser avec des logiciels d'analyse du son.
Reproduction expérimentale des ondes stationnaires dans des instruments de musique et analyser leurs caractéristiques à partir de mesures.
Mesure expérimentale de la vitesse de propagation du son dans l'air à partir de tubes de résonance.
Traitement des données de la relation expérimentale entre intensité et fréquence sonore, en l'utilisant pour interpréter les courbes isophoniques, le seuil d'audition ou de douleur, le champ auditif ou les maladies auditives.
Conception de petites expériences paradigmatiques pour analyser l'interaction entre les ondes électromagnétiques et divers types de matériaux (quelles crèmes solaires absorbent le mieux la lumière ultraviolette ?, quelle bande de couleur un matériau déterminé absorbe-t-il et réfléchit-il ? comment les lunettes polarisées absorbent-elles la lumière ?, etc.).
Utilisation du téléphone portable pour étudier le spectre d'émission et d'absorption de divers types de lumières.
Usage du tableur pour représenter et calculer des valeurs expérimentales obtenues à partir des travaux pratiques d'optique.
Déduction de l'équation des lentilles à partir de l'approximation mathématique.
C3 Argumentation de la validité de chacun des modèles qui permettent d'expliquer la propagation de la lumière, en la mettant en relation avec les phénomènes qu'ils peuvent expliquer et ceux qu'ils ne peuvent pas expliquer.
Identification des potentialités et des limites du modèle géométrique pour expliquer le fonctionnement de l'œil humain et les maladies oculaires (quelles maladies peuvent être expliquées avec ce modèle et lesquelles ne le peuvent pas).
Identification des potentialités et des limites du modèle ondulatoire, en distinguant entre l'immense casuistique des phénomènes ondulatoires réels et le modèle d'onde harmonique idéale.
Construction d'une position propre fondée sur des preuves et des connaissances concernant des questions socialement pertinentes liées au son (effets des sons sur l'ouïe, pollution sonore, etc.).
Construction d'une position propre fondée sur des preuves et des connaissances concernant des questions socialement pertinentes liées à la lumière et aux rayonnements électromagnétiques (pollution lumineuse, protection solaire, usage du téléphone portable, antennes de communication à proximité des bâtiments, rayons X, etc.).
III.
ATTITUDES ET VALEURS Intérêt pour la recherche de réponses scientifiques concernant la lumière et la vision.
Appréciation de l'utilité sociale de l'optique pour comprendre les maladies oculaires et y apporter une réponse.
Intérêt pour la recherche de réponses scientifiques concernant la grande variété des phénomènes ondulatoires.
Appréciation de l'utilité sociale de la physique des ondes pour comprendre et développer des solutions à des problèmes quotidiens liés au son, à la lumière et à d'autres types de rayonnements électromagnétiques.
Capacité d'abstraction dans la construction de modèles.
Ingéniosité dans la résolution de problèmes, la conception de recherches et l'élaboration de nouveaux modèles.
Orientations didactiques du bloc L'étude de la lumière, du son et des ondes au baccalauréat commence par la présentation de l'optique géométrique comme une manière d'expliquer des phénomènes quotidiens, tels que le fonctionnement de l'œil humain ou des appareils photographiques.
Pour ce faire, on utilise un modèle de rayons géométriques qui permet d'expliquer les principaux phénomènes d'interaction entre la lumière et la matière (propagation, réflexion, réfraction et diffraction).
Il est proposé, en deuxième année de baccalauréat, de promouvoir un regard plus large sur les ondes à travers de nouveaux langages (les fonctions ondulatoires mathématiques) ainsi que de nouveaux phénomènes, notamment acoustiques.
Il est proposé aux élèves une combinaison d'expériences pratiques (réelles et virtuelles) qui aident à construire le modèle d'onde à travers la mesure et l'analyse des grandeurs associées aux phénomènes ondulatoires (fréquence, amplitude, longueur d'onde, spectre, etc.).
Parallèlement, des problèmes sont posés pour mettre à l'épreuve et réviser leurs idées sur l'onde, afin de les faire progresser vers un modèle scientifique d'onde.
BLOC 2 L'ÉTUDE DES MOUVEMENTS « Eppur si muove » est, selon la légende, la manière dont Galilée s'est adressé au tribunal de la Sainte Inquisition après avoir abjuré la vision héliocentrique du monde.
« Et pourtant elle tourne », parce que tout se meut, parce que tout mouvement se définit à partir d'un système de référence relatif, contrairement à ce que suggèrent les idées intuitives de « mouvement naturel ».
La manière dont les choses se meuvent (tombent, s'arrêtent, oscillent, tournent, etc.) a été l'un des principaux centres d'intérêt de la physique, qui a construit une manière de décrire les mouvements du monde, la cinématique, en termes d'un ensemble de mouvements simples qui, bien qu'idéalisés, aident à comprendre et à expliquer les mouvements du monde réel.
Ce bloc 2 se concentre sur l'interprétation de la nature de ces mouvements, l'étude des causes de ces mouvements, à savoir les interactions mécaniques ou électromagnétiques, étant réservée aux blocs 3 et
5. BLOC 2 L'étude des mouvements Comment les écuries de Formule 1 savent-elles quelle est la manière la plus appropriée d'améliorer les performances de leurs véhicules ? Comment s'y prennent les personnes qui aiment aller courir pour enregistrer leurs parcours ? Comment les applications qui prédisent à quelle heure le bus urbain arrivera à ton arrêt font-elles leurs calculs ? En définitive, nous nous demandons comment la physique étudie les mouvements des objets que nous observons autour de nous et que nous utilisons pour nous déplacer : de quoi avons-nous besoin pour décrire le mouvement ? Quels types de mouvements idéaux utilisons-nous et quelles sont leurs caractéristiques ? La plupart des mouvements que nous observons dans notre environnement peuvent-ils réellement être décrits à partir des mouvements simples que nous connaissons déjà ? Que se passe-t-il lorsque l'accélération dans un mouvement n'est pas constante ? Comment sont les mouvements résultant d'interactions élastiques ? Comment pouvons-nous décrire les mouvements aléatoires et chaotiques des particules qui se produisent, par exemple, à l'intérieur d'un liquide ou d'un gaz ? I. FAITS ET CONCEPTS La relativité galiléenne du mouvement.
Les outils pour décrire le mouvement : position, déplacement, trajectoire, système de référence, intervalle et instant de temps, vitesse et accélération moyennes et instantanées.
Les langages pour décrire le mouvement : équations, graphiques x(t) et v(t), et vecteurs.
Les types de mouvements paradigmatiques : MRU, MRUA, MCU et MCUA.
La composition de mouvements simples : le tir parabolique.
Le mouvement vibratoire et harmonique simple.
Introduction aux mouvements aléatoires/chaotiques.
Description qualitative de mouvements complexes.
Introduction aux méthodes numériques pour décrire des mouvements complexes.
II.
PROCÉDURES C1 Révision critique des explications spontanées sur un système de référence « universel » ou « authentique » (prégaliléennes), ainsi que des explications anthropocentriques et des explications causales (aristotéliciennes).
Utilisation du modèle de relativité galiléenne pour identifier le système de référence (implicite ou explicite) qui permet de décrire un mouvement, en utilisant les éléments associés (point de référence, origine des coordonnées, trajectoire, espace parcouru, déplacement, etc.).
Expression des types de mouvements paradigmatiques (MRU, MRUA, MCU et MCUA) à travers divers langages (mathématique, graphique et vectoriel), en utilisant ces langages pour décrire et prédire la variation de la position et de la vitesse d'un corps en fonction du temps.
Résolution de problèmes mathématiques avec des équations du second degré dans lesquels interviennent ces types de mouvements paradigmatiques combinés entre eux : chute libre, tir parabolique, plan incliné, dépassements, freinages, orbites circulaires, grandes roues, etc. Utilisation du langage vectoriel pour résoudre des problèmes bidimensionnels ou tridimensionnels de mouvements avec accélération normale ou tangentielle.
Utilisation d'outils d'analyse mathématique de graphiques idéaux (calcul de pentes, calcul d'aires, etc.) pour obtenir certaines variables en fonction d'autres : la vitesse instantanée dans le graphique x(t), la distance parcourue dans le graphique v(t), etc. Utilisation de simulations et de jeux vidéo (plateforme, balistique, courses, tirs, etc.) pour identifier et analyser des mouvements simples et composés.
Expression du MHS à travers divers langages (mathématique, graphique et vectoriel) en utilisant ces langages pour décrire et prédire la variation de la position, de la vitesse et de l'accélération d'une particule oscillante en fonction du temps.
Identification de la relation entre le MHS et les interactions élastiques en expliquant, par exemple, la relation mathématique entre la fréquence d'oscillation d'un ressort et sa constante élastique.
Relation algébrique et graphique de la composition de MHS en deux dimensions avec le MCU, en construisant des équivalences entre grandeurs radiales et angulaires.
Résolution des problèmes mathématiques du MHS en utilisant les équations trigonométriques sinus et cosinus.
Relation des équations v(t) et a(t) d'un MHS à partir de la dérivée mathématique de la fonction x(t).
Description des mouvements complexes à partir de mouvements plus simples (parachutisme, saut à l'élastique, pendule simple, montagnes russes, etc.), en analysant qualitativement l'accélération qui intervient et son effet sur l'évolution de la vitesse et de la position en fonction du temps.
Utilisation des équations de vitesse instantanée et d'accélération instantanée pour obtenir les valeurs numériques d'une grandeur à partir d'une autre grandeur, à l'aide de tableurs.
C2 Formulation de questions pouvant faire l'objet d'une recherche sur des mouvements réels connus afin d'identifier des variables pertinentes et des aspects difficiles à modéliser.
Conception et réalisation de l'analyse de mouvements réels à vitesse constante ou à accélération constante avec diverses techniques qualitatives et quantitatives, tant analogiques que numériques.
Utilisation de divers instruments numériques pour mesurer le mouvement (capteurs de distance, accéléromètre du téléphone portable, GPS, analyse de vidéos image par image, etc.), en choisissant celui qui convient le mieux à chaque type de mouvement et de phénomène.
Calcul numérique de la vitesse et de l'accélération à partir de valeurs expérimentales de position en fonction du temps ‒et inversement‒, à l'aide d'un tableur.
Ajustement des valeurs expérimentales obtenues par l'analyse d'un mouvement à une fonction mathématique au moyen d'un logiciel d'analyse mathématique, en calculant les coefficients et en donnant une signification physique aux valeurs obtenues.
Présentation des résultats obtenus de l'analyse de mouvements réels en utilisant de manière appropriée les concepts cinématiques, par exemple sous forme de poster.
Formulation des questions pouvant faire l'objet d'une recherche sur des mouvements réels connus afin d'identifier des variables pertinentes et des aspects difficiles à modéliser.
Conception de l'étude expérimentale du MHS à partir de ressorts, de pendules ou d'autres systèmes oscillants.
Conception et réalisation de l'analyse de mouvements réels à vitesse et accélération variables, avec diverses techniques qualitatives et quantitatives, tant analogiques que numériques.
Détermination expérimentale de la relation entre la constante élastique d'un ressort et la période d'oscillation qu'il produit.
Présentation des résultats obtenus de l'analyse de mouvements réels en utilisant de manière appropriée les concepts cinématiques, par exemple sous forme de vidéo.
C3 Argumentation de la nécessité d'établir un système de référence comme condition indispensable pour décrire un mouvement, en réfutant les idées anthropocentriques et spontanées de « mouvement authentique ».
Discussion de la validité des mouvements paradigmatiques de la physique (MRU, MRUA, MCU et MCUA) en différenciant les mouvements réels des mouvements idéaux modélisés mathématiquement.
Discussion de la validité du regard cinématique sur le monde en argumentant les avantages et les limites de la conception des corps comme des particules ponctuelles.
Évaluation du degré d'ajustement entre les trajectoires décrites mathématiquement et les trajectoires de mouvements réels (données expérimentales) à partir de la notion de coefficient de régression.
Utilisation du concept de limite expérimentale et d'erreur expérimentale (sur la base des instruments utilisés pour recueillir les données) pour argumenter la fiabilité d'un résultat.
Construction d'une position propre fondée sur des preuves et des connaissances concernant des questions socialement pertinentes liées à la conduite sûre (temps de réaction, distance de sécurité, etc.).
Discussion de la validité du MHS et de sa capacité explicative de divers phénomènes ondulatoires.
III.
ATTITUDES ET VALEURS Intérêt pour la recherche de réponses scientifiques concernant le mouvement des objets qui nous entourent.
Appréciation de l'utilité sociale de la cinématique pour comprendre des contextes très variés de transports, de sports, etc., et y apporter une réponse.
Orientations didactiques du bloc Dans ce bloc, nous proposons l'étude des mouvements les plus paradigmatiques de la cinématique comme outil pour mieux comprendre tout type de mouvement du monde réel, en mettant l'accent non seulement sur leurs expressions mathématiques (vectorielle, algébrique et graphique), mais surtout sur la compréhension qualitative des grandeurs cinématiques (système de référence, trajectoire, déplacement, vitesse instantanée et moyenne, accélération, etc.).
Au début, il conviendrait de se concentrer sur les mouvements dans lesquels les corps ne subissent pas d'accélération ou dans lesquels l'accélération est constante (MRU, MRUA, MCU et MCUA), et de mettre particulièrement l'accent sur la mise en relation de ces mouvements idéalisés avec les mouvements réels qui peuvent être enregistrés à l'aide de divers instruments de mesure et d'analyse (la vidéo, le capteur, l'accéléromètre, le GPS, etc.).
Par la suite, le principal défi qu'il conviendrait de proposer aux élèves est d'analyser des mouvements complexes, dans lesquels interviennent des accélérations non constantes, en particulier le mouvement vibratoire et le mouvement harmonique simple.
Enfin, il est également proposé de s'initier à l'étude des mouvements aléatoires ou chaotiques, en mettant notamment l'accent sur leur compréhension qualitative.
BLOC 3 L'ÉTUDE DES INTERACTIONS MÉCANIQUES Le monde qui nous entoure est plein d'interactions mécaniques, avec des objets qui se poussent et se tirent entre eux, qui s'attirent, qui se soutiennent, qui frottent les uns contre les autres, qui produisent des ruptures et des déformations, etc. Bien que ces interactions soient souvent complexes et difficiles à expliquer à l'échelle microscopique, en physique scolaire il existe deux manières d'envisager ces interactions et de les aborder à l'échelle macroscopique : à travers la notion de force et à travers la notion de champ.
Dans la première approche, nous parlons des interactions entre deux corps comme d'une paire de forces que les corps exercent mutuellement l'un sur l'autre, qui, ajoutées aux autres forces agissant sur chacun des corps, provoquent un changement de leur état de mouvement.
En revanche, dans la seconde approche, nous parlons d'un champ (par exemple, gravitationnel) comme d'une variation produite par l'un des deux corps dans l'espace qui l'entoure (par exemple, du fait d'avoir une masse), et qui a un effet sur tout autre corps (doté d'une masse) qui pénètre dans cet espace.
BLOC 3 Les forces Comment se fait-il que les objets qui nous entourent changent de forme et de mouvement ? Comment se fait-il que parfois les choses se cassent, ou s'étirent, ou s'arrêtent, ou se soutiennent les unes les autres ou soient projetées ? En définitive, nous nous demandons comment la physique étudie l'interaction entre objets ou matériaux, que nous appelons forces : quelles forces pouvons-nous utiliser pour décrire des interactions courantes ? Comment peut-on représenter les forces ? Quelles situations peuvent se produire lorsque deux corps interagissent ? Quels effets l'absence ou la présence de forces résultantes a-t-elle sur les corps ? Quelles limites les interactions ont-elles ? Comment pouvons-nous expliquer le mouvement relatif entre le Soleil, la Terre, la Lune et les autres corps célestes ? Jusqu'où faudrait-il s'éloigner pour « échapper » à la gravité de la Terre ? Quelles règles de la physique ont aidé les humains à concevoir la manière de mettre des satellites en orbite, d'arriver sur la Lune et au-delà ? Comment pouvons-nous prédire si une comète finira par s'écraser sur notre planète ? En définitive, nous nous interrogeons sur la manière dont la physique envisage les interactions entre les corps célestes : le champ gravitationnel.
I. FAITS ET CONCEPTS Les forces comme modèle pour décrire l'interaction entre corps : la troisième loi de Newton.
La nature et les caractéristiques des forces paradigmatiques : normale, poids, frottement statique et dynamique, forces élastiques et tensions.
Le caractère vectoriel des forces.
Somme et décomposition de forces.
Équilibre et déséquilibre de forces.
Force résultante.
La tendance des corps à ne pas changer leur état de mouvement ou loi de l'inertie.
La manière dont les corps changent leur état de mouvement ou deuxième loi de Newton.
Relation entre l'impulsion et la quantité de mouvement.
La conservation de la quantité de mouvement dans les systèmes isolés.
Les premières tentatives de description de l'univers.
Le système solaire vu depuis la Terre.
Le système solaire depuis un système de référence héliocentrique.
Les lois de Kepler.
La loi de la gravitation universelle.
Les systèmes planétaires et les galaxies.
Le Big Bang.
L'évolution de l'univers.
L'énergie potentielle gravitationnelle.
L'énergie cinétique, potentielle et totale d'un satellite.
Le champ gravitationnel comme champ conservatif.
La vitesse de libération.
L'intensité du champ gravitationnel.
Relation entre l'intensité du champ gravitationnel et l'accélération de la chute libre g. Variation de l'intensité du champ autour d'un astre.
II.
PROCÉDURES C1 Révision critique des manières quotidiennes de parler des forces comme d'une propriété des corps et non comme d'une interaction entre eux.
Révision critique des idées spontanées selon lesquelles les forces ne peuvent être que de contact, ne peuvent être exercées que par des objets vivants (modèle vitaliste) et accompagnent le mouvement (modèle aristotélicien).
Identification des forces impliquées dans diverses situations d'interaction en distinguant les types de force (tensions, normales, de friction, élastiques, etc.), et en les différenciant de la fonction remplie par la force (centripète, de freinage, etc.).
Identification des paires de forces qui se produisent dans toute interaction (troisième loi de Newton), en les distinguant du fait que deux forces de sens opposé puissent agir sur un même corps (type P et N).
Décomposition vectorielle des forces impliquées dans diverses situations complexes d'équilibre et de déséquilibre : plans inclinés, mouvements selon plusieurs axes connectés (poulies), dévers, mouvements avec des accélérations variables, etc. Calcul, dans une variété de situations complexes, de la force résultante à partir de l'opération sur les vecteurs et du changement de mouvement qu'elle provoque.
Application de la conservation de la quantité de mouvement à une diversité de chocs et d'explosions.
Révision critique des idées spontanées du modèle géocentrique, de « chute naturelle » des objets et d'absence de gravité dans l'espace.
Explication des principaux phénomènes astronomiques (phases, éclipses, etc.) à partir du modèle Soleil- Terre-Lune.
Explication des principaux phénomènes cosmologiques à partir du modèle du Big Bang et de l'expansion de l'univers.
Explication de l'interaction entre corps célestes à partir du modèle de forces et de la loi de la gravitation universelle, en prédisant les forces gravitationnelles existantes et le comportement des corps à partir de ces forces (périodes, trajectoires, rayons orbitaux, etc.).
Explication des orbites et de la vitesse de libération à partir du modèle énergétique d'énergie potentielle gravitationnelle, en prédisant le comportement des corps en orbite en fonction de leur énergie.
Distinction et comparaison des notions de champ gravitationnel, de potentiel gravitationnel et d'énergie potentielle gravitationnelle, ainsi que de leur nature mathématique et de la manière de représenter chacune d'elles.
Calcul de la vitesse de libération d'un corps dans un champ gravitationnel déterminé à partir du calcul de l'énergie cinétique et potentielle gravitationnelle.
C2 Reproduction, au moyen de divers matériels de laboratoire (cordes, bâtons, poulies, ressorts, surfaces, récipients contenant des fluides, aimants, etc.), des machines simples et d'autres systèmes paradigmatiques permettant de mener de petites recherches sur l'effet des forces sur les corps.
Utilisation des instruments analogiques (dynamomètre, balance) et numériques (capteur de force) pour mesurer l'intensité d'une force et élaborer les conclusions correspondantes.
Utilisation des instruments numériques pour observer l'effet des forces sur le changement d'un mouvement (capteurs de distance, accéléromètre du téléphone portable, GPS, analyse de vidéos image par image, etc.).
Conception expérimentale de manières d'observer les effets d'un ensemble de forces sur un objet ou un système (deuxième loi de Newton), en recueillant et en représentant les données expérimentales et en élaborant les conclusions pertinentes.
Conception expérimentale de manières de vérifier la conservation de la quantité de mouvement lors de chocs entre mobiles, en recueillant et en représentant les données expérimentales et en élaborant les conclusions pertinentes.
Présentation des résultats obtenus de l'analyse de forces réelles en utilisant de manière appropriée les concepts mécaniques, par exemple sous forme de présentation avec diapositives.
Utilisation de divers dispositifs numériques (capteurs de distance, accéléromètre du téléphone portable et analyse de vidéos image par image, etc.) pour déterminer expérimentalement la valeur de g en divers points de la surface de la Terre et de l'espace.
Utilisation de planétariums virtuels et de simulations pour obtenir des informations sur la dynamique planétaire.
Contrôle, au moyen de simulations, des variables qui déterminent les orbites de satellites ou de vaisseaux spatiaux.
Conception et réalisation de la collecte de données sur la trajectoire des corps célestes à partir du téléphone portable.
Interprétation des données réelles sur le lancement de vaisseaux spatiaux fournies par les agences spatiales.
C3 Argumentation de la nature théorique et non empirique de la troisième loi de Newton.
Discussion de la validité du regard newtonien sur les interactions, en argumentant les avantages et les limites de la compréhension des interactions en considérant un seul point d'application et une seule direction et un seul sens.
Construction d'une position propre fondée sur des preuves et des connaissances concernant des questions socialement pertinentes liées aux forces et aux chocs (mesures de sécurité dans les véhicules, architecture, etc.).
Création d'arguments en faveur de la validité du modèle héliocentrique et de sa relation avec le mouvement apparent des astres dans le ciel.
Argumentation de la validité de la théorie du Big Bang comme explication de l'origine et de l'évolution de l'univers.
Discussion des limites et des potentialités du modèle de champ par rapport au modèle de forces à distance.
Relation de la validité de la loi de la gravitation universelle pour comparer et rendre équivalentes la chute libre et l'orbite.
Explicitation de l'utilité de concevoir le champ gravitationnel comme un champ conservatif pour prédire le comportement orbital d'un corps.
III.
ATTITUDES ET VALEURS Intérêt pour la recherche de réponses scientifiques concernant les interactions entre objets et leur effet sur ces objets.
Appréciation du regard newtonien sur les interactions comme une avancée importante dans l'histoire de l'humanité et de la science.
Intérêt pour la recherche de réponses scientifiques concernant les phénomènes astronomiques et cosmologiques.
Appréciation de la contribution de la physique au développement des satellites et de leurs applications, ainsi qu'à la découverte de l'espace.
Orientations didactiques du bloc Contrairement à la manière dont les lois de Newton ont été traditionnellement présentées, dans les ressources présentées ci-après il est proposé de commencer par la troisième loi, comme celle qui explique que les forces que deux corps exercent mutuellement l'un sur l'autre sont la manière dont la physique aborde l'interaction qui se produit entre eux.
Pour ce faire, il convient de comparer les deux forces qui apparaissent dans une même interaction, tant avec des dynamomètres analogiques qu'avec des capteurs numériques de force, et de constater que la mesure nous montre des forces de valeurs égales mais de sens contraire.
C'est une fois que la troisième loi a été travaillée qu'il est pertinent de présenter aux élèves la première et la deuxième loi de Newton.
Ce faisant, il est proposé de mettre l'accent sur la compréhension qualitative des forces qui aide à dépasser les conceptions alternatives de la force comme une propriété des corps.
Pour ce faire, il convient de rechercher des exemples qui dépassent les situations classiques dans lesquelles interviennent quatre forces selon les quatre axes qui se compensent entre elles.
Il convient, par exemple, de penser à des situations dans lesquelles le poids et la normale n'ont pas la même valeur.
L'approche des champs représente un changement de paradigme : nous ne parlerons plus d'une interaction entre deux corps exprimée en termes de forces entre les deux corps, mais exprimée en termes de champs.
L'un des corps crée autour de lui une perturbation (en l'occurrence gravitationnelle), et l'autre corps subit les effets de cette perturbation.
Il est important de souligner que les deux paradigmes sont complémentaires, et que la maîtrise de la physique en tant que discipline passe précisément par la capacité à discerner quels problèmes sont abordés du point de vue du paradigme des forces et lesquels du point de vue du paradigme des champs.
BLOC 4 L'ÉNERGIE Énergie est un terme très utilisé dans le langage quotidien, que nous trouvons dans la publicité, les informations et le sport, et même dans l'ésotérisme.
Toutefois, lorsque nous parlons d'énergie du point de vue de la physique, il est proposé un regard très particulier sur les phénomènes et les changements qui se produisent dans notre environnement.
L'énergie est la manière dont la physique parle de l'état des systèmes (c'est-à-dire de la façon dont sont les choses : en mouvement, élevées, comprimées, chauffées, etc.), et compare cet état avant et après un changement, afin de pouvoir ainsi mettre en relation l'état avec les changements qui peuvent se produire dans d'autres systèmes (transfert), du fait que nous constatons dans la nature que tous les changements ne sont pas possibles (la conservation de l'énergie nous impose une limitation quant à ce qui peut se produire).
Ce regard si particulier comporte deux contradictions ou écueils importants, qui le rendent particulièrement difficile pour les élèves.
D'une part, parler de l'énergie comme de quelque chose qui se transfère lors des changements bien qu'il ne s'agisse pas d'une substance matérielle qui va d'un endroit à un autre.
D'autre part, nous imaginons l'énergie comme une chose qui se conserve (il y en a toujours la même quantité), alors que dans tous les processus spontanés la tendance naturelle est qu'elle soit moins utile, et que, par conséquent, on puisse en faire de moins en moins.
Dans ce bloc, il faudra aborder ces questions et d'autres, afin de pouvoir construire les idées principales du modèle de l'énergie : l'énergie comme fonction d'état d'un système, les types d'énergie, les mécanismes de transfert, ainsi que sa conservation et sa dégradation.
BLOC 4 L'énergie Comment éviter qu'une tasse de café chaud ne refroidisse si rapidement ? Comment se fait-il que, si l'énergie se conserve, il faille de temps en temps remplir le réservoir de la voiture de carburant ? Et que se passera-t-il le jour où il n'y aura plus de combustibles fossiles ? En définitive, nous nous demandons comment la physique étudie, à travers l'énergie, les changements qui se produisent dans la nature, et comment nous mettons à profit ces changements pour générer de nouveaux changements : où est l'énergie à chaque instant ? Se transfère-t-elle toujours de la même manière ? L'énergie se conserve-t-elle vraiment ? Alors, pourquoi est-elle de moins en moins utile ? I. FAITS ET CONCEPTS L'énergie associée aux configurations ou états du système.
Types d'énergie : énergie cinétique et énergie potentielle externe et interne.
Le transfert d'énergie au cours des processus.
Le travail, la chaleur et le rayonnement comme formes de transfert d'énergie.
Transfert d'énergie sous forme de travail.
Relation entre travail et puissance.
Transfert d'énergie sous forme de chaleur.
Capacité calorifique, mécanismes de transmission dans les solides et les fluides (conduction, convection et rayonnement) et équilibre thermique.
Conservation et dégradation de l'énergie.
Situations dans lesquelles le principe de conservation de l'énergie mécanique est vérifié et ne l'est pas.
L'entropie et la tendance spontanée des systèmes à l'équilibre.
Efficacité énergétique et mesures d'économie d'énergie.
II.
PROCÉDURES C1 Révision critique des manières quotidiennes de parler de l'énergie comme d'une substance, d'un combustible ou d'une capacité à effectuer un travail.
Association de l'énergie à l'état d'un système, aux changements antérieurs qui l'ont précédé et à sa potentialité d'entraîner de nouveaux changements, en élaborant des chaînes énergétiques pour interpréter les transferts d'énergie existants.
Détermination quantitative des variations d'énergie cinétique, potentielle élastique et potentielle gravitationnelle d'un système.
Comparaison des transferts d'énergie au moyen de l'équivalence entre les unités de mesure d'énergie et de puissance existantes (J, cal, CV, kWh, eV, etc.).
Calcul du travail exercé par diverses forces dans des situations complexes (variété de forces selon plusieurs axes et plusieurs angles), ainsi que de la puissance associée.
Application du concept de puissance et de rendement à l'analyse comparative de divers appareils électroménagers ou équipements.
Calcul des transferts d'énergie sous forme de chaleur entre divers matériaux ayant diverses chaleurs spécifiques.
Analyse qualitative des situations de conservation de l'énergie mécanique et également totale.
Utilisation de la conservation et de la dissipation de l'énergie mécanique pour résoudre des problèmes quantitatifs paradigmatiques : sauts et chutes avec frottement, mouvements enchaînés, etc. C2 Conception des montages expérimentaux dans lesquels la dissipation d'énergie est réduite au minimum (chocs élastiques, systèmes à faible frottement, pendule de Newton, etc.).
Usage des instruments pour mesurer indirectement les transferts d'énergie (capteur de température, de force, de tension, etc.) et pouvoir identifier des mécanismes de dissipation.
Conception et réalisation d'une recherche pour analyser la capacité calorifique de divers matériaux, en contrôlant les variables qui interviennent.
Conception expérimentale de manières d'observer la tendance naturelle des changements spontanés à accroître leur entropie et à atteindre l'équilibre.
Comparaison des données de rendement et de consommation d'une diversité d'équipements afin de choisir de manière argumentée des options plus rentables et durables.
Conception des étapes à suivre et des mesures qui pourraient être appliquées pour réaliser un audit énergétique d'un bâtiment, ainsi que traitement de données empiriques sur la consommation énergétique afin d'en tirer des conclusions pertinentes.
Présentation des résultats obtenus de l'analyse expérimentale de divers transferts d'énergie, par exemple sous forme de compte rendu de laboratoire.
Orientations didactiques du bloc Si l'étude de l'énergie au baccalauréat s'est traditionnellement centrée sur l'application mathématique du théorème de la conservation de l'énergie mécanique (où l'on parle tout au plus de l'énergie dissipée comme du travail effectué par les forces non conservatives), ce bloc de ressources propose de porter également l'attention sur ce qui se passe lorsque l'énergie mécanique ne se conserve pas, et donc sur les observables qui nous aident à « suivre la piste » de l'énergie : les petites déformations, les petits échauffements par frottement ou par l'effet Joule dans une résistance électrique, etc. En lien avec cela, il est proposé que les élèves surmontent la confusion courante entre chaleur et température en abordant des phénomènes dans lesquels il y a échauffement par travail (et non par chaleur), mais aussi des phénomènes dans lesquels il y a des transferts d'énergie par chaleur sans échauffement (changements d'état d'agrégation).
L'objectif final est que les élèves, au-delà de l'application d'une série d'équations pour résoudre des problèmes numériques, puissent comprendre conceptuellement les idées abstraites nécessaires pour expliquer les transferts d'énergie au moyen d'une chaîne énergétique qui aide à réfléchir à la manière dont on peut optimiser les transferts énergétiques et les rendre plus efficaces.
C3 Discussion de la différence entre la loi de conservation de l'énergie (idéale) et la limitation du monde réel en ce qui concerne les pertes d'énergie.
Analyse de la validité d'une expérience visant à mesurer les transferts d'énergie à partir du rôle joué par la dissipation et la dégradation à chaque étape d'une chaîne énergétique.
Défense de sa propre position à l'égard de diverses stratégies d'économie d'énergie au foyer en se fondant sur des calculs de consommation et de pertes.
En particulier, en ce qui concerne les mesures d'isolation thermique, l'utilisation de diverses sources d'énergie, etc. Défense de sa propre position à l'égard de la vision ésotérique de l'énergie et de sa relation avec des pratiques frauduleuses.
III.
ATTITUDES ET VALEURS Prise de conscience des limitations des ressources énergétiques existant sur la planète, en mettant en avant les énergies renouvelables comme une étape vers un nouveau modèle énergétique.
Appréciation des mesures d'économie d'énergie, tant personnelles et domestiques qu'à grande échelle.
Prise de conscience de la problématique associée à la précarité énergétique.
Attitude critique face aux pratiques frauduleuses de type pseudoscientifique et pseudomédical justifiées à partir d'idées confuses sur l'énergie.
BLOC 5 L'ÉTUDE DES INTERACTIONS ÉLECTROMAGNÉTIQUES Bien que le bloc 3 analyse toutes les interactions mécaniques comme si elles étaient toutes de même nature, la physique parle de quatre interactions fondamentales.
Deux d'entre elles, les interactions gravitationnelles et électromagnétiques, sont celles qui expliquent toutes les interactions que nous connaissons à l'échelle supra-atomique ou entre particules.
L'importance de l'interaction électromagnétique tient au fait qu'en réalité toute interaction mécanique, apparemment de contact, est en réalité la somme de milliers ou de millions d'interactions électromagnétiques également à distance, puisque ce sont les microforces de cohésion ou de répulsion internes des particules des corps qui permettent que, macroscopiquement, ceux-ci puissent se pousser, se soutenir ou frotter les uns contre les autres.
C'est pourquoi le bloc 5 propose un regard sur ces interactions électromagnétiques, fondées sur l'idée de charge.
Bien que l'idée d'électron soit souvent utilisée comme synonyme de charge, dans l'électromagnétisme du baccalauréat la charge ne doit pas nécessairement être l'électron du cortège atomique étudié dans la matière de chimie, mais quelque chose d'encore plus abstrait, qui a la propriété de repousser les autres charges de même signe et d'attirer celles de signe différent.
Le défi sera d'imaginer l'effet d'une ou de plusieurs charges sur l'espace qui les entoure comme l'effet qu'il aurait sur une charge d'essai située en un point quelconque de cet espace, que ce soit en termes de force (champ) ou en termes d'énergie (potentiel).
Une fois ce défi relevé, il restera encore le défi de comprendre l'effet des variations d'une perturbation électrique sur une perturbation magnétique et vice versa, qui s'expliquent au moyen des lois de l'électromagnétisme et qui ont été d'une grande utilité pour l'électrification de la fin du XIXe siècle, étroitement liée à la Deuxième Révolution industrielle.
BLOC 5 L'électromagnétisme Comment la physique explique-t-elle la chute de la foudre ? Où et comment est produite l'électricité qui arrive chez nous ? En quoi l'attraction gravitationnelle entre masses et l'attraction électrique entre charges se ressemblent-elles et en quoi diffèrent-elles ? Pourquoi parlons-nous parfois de champs au lieu de parler de forces ? Et les personnes, vivons-nous entourées de champs électriques ? Et pourquoi ne les remarquons-nous pas ? Tous les champs électriques sont-ils identiques ? Et comment les charges se comportent-elles dans un champ électrique ? Et dans un champ magnétique ? I. FAITS ET CONCEPTS Le modèle d'interaction entre charges.
La loi de Coulomb.
Conducteurs et isolants.
Induction électrostatique.
L'intensité du champ électrique et le caractère vectoriel du champ électrique.
Comparaison avec le champ gravitationnel.
Le potentiel électrique et son caractère scalaire.
La relation entre lignes de champ électrique et surfaces équipotentielles.
Le champ électrique près de la surface d'un conducteur chargé et en son intérieur.
Les condensateurs électriques et leur énergie associée.
Le mouvement de particules chargées dans des champs électriques.
L'interaction magnétique entre aimants.
Le champ magnétique et son caractère vectoriel, les lignes de champ magnétique et l'intensité de champ magnétique.
Les champs magnétiques créés par des distributions de courant : spire, bobine, électroaimant.
La force exercée par un champ magnétique sur une particule chargée en mouvement et sur un conducteur parcouru par un courant électrique.
L'induction électromagnétique.
Flux du champ magnétique.
Loi de Faraday-Lenz.
Le moteur et le générateur électromagnétiques.
II.
PROCÉDURES C1 Révision critique des idées préalables sur la charge électrique et les interactions électromagnétiques (les champs comme une propriété des matériaux, l'attraction des charges par les aimants, etc.).
Explication des phénomènes quotidiens d'électrostatique (décharges, électrisation par frottement, foudre, etc.) à partir du modèle de distribution des charges et de conservation de la charge.
Calcul des forces électriques d'attraction et de répulsion résultant d'une distribution de charges à partir de la loi de Coulomb.
Explication du comportement des charges dans un champ électrique ou magnétique en termes de force et en termes d'énergie, en l'utilisant pour expliquer des dispositifs tels que le tube à rayons cathodiques, le spectromètre de masse ou le tube de Teltron.
Prédiction du comportement d'une particule chargée soumise à une combinaison de champs électriques, magnétiques et gravitationnels constants dans diverses directions, en exprimant le résultat de la prédiction au moyen d'équations et au moyen de vecteurs.
Relation qualitative et quantitative du champ électrique avec le potentiel électrique, en représentant des lignes de champ et des surfaces équipotentielles, ainsi que la relation mathématique de gradient entre champ et potentiel.
Description et prédiction de la charge ou de la décharge d'un condensateur à partir de sa relation exponentielle avec le temps.
Utilisation des simulations pour expliquer qualitativement les interactions électriques, magnétiques et électromagnétiques dans divers contextes.
Explication des principales interactions magnétiques à partir de l'idée de champ, en représentant les lignes de champ et en les reliant à l'idée de flux magnétique.
Calcul de l'effet de l'action d'un champ magnétique constant ou variable sur un conducteur au repos ou en mouvement (que ce soit en termes de force sur un conducteur ou en termes de FEM), en utilisant les calculs pour prédire le comportement du système dans chaque cas.
Utilisation de la loi de Faraday-Lenz pour expliquer qualitativement et quantitativement le fonctionnement d'un moteur, d'un générateur électromagnétique ou d'un transformateur à bobines primaire et secondaire, en exprimant la relation entre FEM et flux magnétique au moyen d'équations et au moyen de représentations graphiques.
C2 Utilisation de divers systèmes de mesures électriques et magnétiques (multimètre, capteur de tension, ampèremètre, compteur, boussoles, capteur de champ magnétique, etc.), en identifiant quelles questions de recherche possibles peuvent être résolues avec chaque outil.
Conception et réalisation d'expériences avec du papier conducteur ou une cuve d'eau et des électrodes de diverses tailles et formes, afin d'y identifier des surfaces équipotentielles et des lignes de champ.
Développement de méthodes expérimentales pour observer l'interaction électromagnétique entre aimants et bobines, en identifiant des manières d'optimiser la production de courant électrique à partir de leur mouvement relatif.
Conception et réalisation d'expériences pour mesurer et représenter le champ magnétique avec le téléphone portable.
Analyse de données expérimentales obtenues par des capteurs de tension ou d'intensité pour expliquer le comportement électrique de condensateurs ou de générateurs électromagnétiques.
Présentation des résultats obtenus de l'analyse expérimentale de divers phénomènes électromagnétiques, par exemple sous la forme d'un article scientifique.
C3 Discussion des limitations et des potentialités du modèle de champ par rapport au modèle de forces à distance.
Discussion des ressemblances et des différences entre les modèles qui expliquent les interactions électriques et les modèles qui expliquent les interactions gravitationnelles.
Argumentation du rôle de l'expérience avec un tube de Teltron pour déterminer la relation expérimentale entre la charge et la masse des électrons.
Construction d'un positionnement propre fondé sur des preuves et des connaissances à l'égard de questions socioscientifiques liées aux rayonnements électromagnétiques (pollution électromagnétique, utilisation du téléphone portable, antennes de communication à proximité des bâtiments, rayons X, etc).
III.
ATTITUDES ET VALEURS Intérêt pour la recherche de réponses scientifiques concernant les interactions électriques, magnétiques et électromagnétiques.
Appréciation de l'électromagnétisme comme un regard conjoint sur des phénomènes électriques et magnétiques qui, jusqu'au XIXe siècle, avaient été conçus comme deux champs phénoménologiques indépendants.
Appréciation de la contribution de la physique au développement de l'électricité, en tant qu'élément indispensable à la vie actuelle, et de l'électronique, présente dans toutes les technologies numériques qui nous entourent.
Orientations didactiques du bloc Au-delà de la résolution de problèmes numériques pour appliquer les principales équations de l'électromagnétisme du baccalauréat (loi de Coulomb, loi de Biot-Savart, force de Lorenz et loi de Faraday- Lenz, entre autres), il sera nécessaire de proposer des situations expérimentales réelles, ainsi que des simulations virtuelles, qui aident à la compréhension conceptuelle du modèle d'interaction électromagnétique au moyen de champs.
Compte tenu du degré d'abstraction des constructions mathématiques qui servent à décrire ces champs (lignes de champ, surfaces équipotentielles, etc.), il est opportun de mener diverses expériences de laboratoire qui aident à concevoir ces constructions de la manière la plus visuelle possible.
Il est également opportun de disposer d'aimants et de bobines de diverses tailles et formes pour comparer l'interaction entre eux, ainsi que de capteurs de potentiel électrique, d'intensité de champ magnétique, de boussoles, etc. BLOC 6 PHYSIQUE MODERNE Grâce au développement technologique du XXe siècle, les sciences physiques ont pu pénétrer dans de nouveaux phénomènes qui échappaient jusqu'alors à leur portée et élargir les regards de ce que l'on appelle actuellement la physique classique.
Le premier de ces « nouveaux regards » est celui qui pénètre dans le noyau des atomes et dans les réactions de fission et de fusion qui s'y produisent.
Le deuxième regard est celui qui pénètre dans les phénomènes qui se produisent à des vitesses proches de celle de la lumière, qui s'expliquent en imaginant le temps et l'espace comme des grandeurs non pas absolues mais relatives à la vitesse des corps dotés de masse ou d'énergie et qui se trouvent déformées par la présence de ces corps dans l'espace.
Enfin, le troisième nouveau regard est celui qui porte sur l'échelle très, très petite, bien en dessous de la taille du noyau atomique, là où les particules se comportent comme des ondes et vice versa, où l'énergie apparaît quantifiée et où il est impossible de mesurer avec exactitude la position et la vitesse des particules sans modifier ou déterminer leur état.
BLOC 6 Physique moderne Pourquoi dit-on souvent que les déchets nucléaires sont si dangereux ? À quoi se réfère exactement cette affirmation ? Que signifie le fait qu'un matériau soit radioactif ? Qu'est-ce que le rayonnement nucléaire ? À quoi pouvons-nous utiliser la radioactivité ? Comment la manière dont la physique explique le monde a-t-elle changé lorsqu'elle a dû aborder les phénomènes qui se produisent à des vitesses proches de celle de la lumière (relativité) et à l'échelle des particules les plus petites imaginables (quantique) ? Comment pouvons-nous tirer parti de ces nouvelles explications pour résoudre des problèmes autour de nous ? I. FAITS ET CONCEPTS La découverte de la radioactivité.
Modèle de noyau atomique.
L'existence de noyaux stables et instables.
Le processus de désintégration nucléaire.
L'équivalence masse-énergie.
Applications énergétiques de la fission et de la fusion nucléaire.
Applications médicales de la radioactivité.
Applications archéologiques de la radioactivité.
L'origine de l'idée relativiste : relativité restreinte et générale.
Principes de base de la mécanique relativiste : principe de relativité, courbure de l'espace-temps.
Application de la physique relativiste à divers contextes.
L'effet Doppler relativiste.
L'origine de l'idée quantique : rayonnement du corps noir, effet photoélectrique et effet Compton.
Principes de base de la mécanique quantique : principe d'incertitude, dualité onde-corpuscule et inégalité de Bell.
Applications de la physique quantique à divers contextes.
Cryptographie, nanomatériaux, etc. II.
PROCÉDURES C1 Révision critique des idées préalables sur l'atome radioactif et les réactions nucléaires.
Utilisation du modèle de noyau atomique pour expliquer les principales réactions nucléaires de fission et de fusion, pour différencier les trois types les plus courants de rayonnement (alpha, bêta et gamma) et pour prédire les produits résultant d'une réaction déterminée.
Réalisation des calculs portant sur la quantité d'échantillon actif et le temps d'activité en appliquant la loi de la désintégration radioactive, en réfléchissant à la nature adimensionnelle de la mesure en Becquerels.
Discussion du caractère exponentiel de la loi de la désintégration radioactive et de ses conséquences.
Utilisation de l'équivalence masse-énergie et du bilan de charge et de masse pour résoudre des problèmes quantitatifs portant sur des équations de réactions nucléaires simples.
Utilisation du modèle de désintégration nucléaire pour expliquer, par exemple, la détermination de l'ancienneté de restes paléontologiques ou archéologiques.
Discussion de situations dans lesquelles la physique classique n'est pas applicable en raison de la constance de la vitesse de la lumière.
Utilisation des notions de relativité pour décrire le principe de relativité et la courbure de l'espace-temps.
Discussion des situations dans lesquelles la physique classique n'est pas applicable en raison d'abord de l'hypothèse de Planck, ensuite de la dualité onde-particule de Broglie et enfin du principe d'indétermination de Heisenberg.
Résolution des problèmes liés à l'effet photoélectrique et à l'extraction d'électrons d'un métal à partir d'un rayonnement incident, en utilisant l'idée de fréquence seuil et l'hypothèse de Planck.
Utilisation des notions de relativité pour décrire le principe qui explique, par exemple, la cryptographie quantique.
C2 Recherche raisonnée sur Internet d'explications liées à la fission et à la fusion nucléaire, en identifiant quelles données expérimentales ont favorisé les changements de paradigmes.
Utilisation de la simulation expérimentale de la désintégration nucléaire au moyen d'un modèle analogique de processus aléatoire avec une certaine probabilité (pièces de monnaie, dés, etc.).
Utilisation de simulations et de laboratoires virtuels pour reproduire des réactions nucléaires, en contrôlant des variables et en analysant les données obtenues.
Ajustement de valeurs expérimentales réelles de laboratoires à distance à une fonction mathématique qui explique la loi de désintégration radioactive, en calculant les coefficients obtenus dans la régression et en leur donnant une signification physique.
Recherche raisonnée sur Internet d'explications liées à la quantique et à la relativité, en identifiant quelles données expérimentales ont favorisé les changements de paradigmes.
Conception, construction et utilisation d'une chambre à brouillard pour l'observation et l'étude de particules subatomiques.
Réalisation de petites recherches au moyen de simulations sur le modèle corpusculaire de la lumière.
Orientations didactiques du bloc L'objectif didactique de ce bloc de contenus n'est pas une maîtrise approfondie des modèles qui expliquent les phénomènes nucléaires, relativistes et quantiques, mais simplement une brève présentation de ces modèles qui aide les élèves à avoir une vision plus globale de ce qu'est la physique en tant que discipline et à identifier l'impact de ces nouveaux regards de la physique sur le progrès technologique qui affecte nos vies.
Pour ces motifs, l'approche adoptée est éminemment qualitative, en particulier dans les ressources liées à la quantique et à la relativité, pour lesquelles seules quelques-unes des expériences les plus paradigmatiques de ces branches de la physique ont été sélectionnées.
En même temps, à la différence de ce qui se passe dans les blocs précédents, où la recherche est axée sur le travail expérimental, ce bloc intègre la recherche bibliographique comme source d'information de la connaissance experte.
C3 Analyse de la manière dont le modèle de l'atome a été évalué à partir de preuves et révisé sur la base de nouvelles idées historiquement et jusqu'à nos jours (par exemple, comparaison de l'expérience de Rutherford avec le microscope à force atomique).
Argumentation fondée sur des preuves de diverses positions face à des questions controversées sur la thématique nucléaire, telles que le maintien de centrales nucléaires, l'utilisation de la radioactivité en médecine, l'installation de décharges nucléaires, etc., dans le cadre d'un débat avec des rôles.
Argumentation sur les raisons pour lesquelles la relativité générale a un pouvoir explicatif plus grand que la mécanique classique pour décrire la force gravitationnelle.
Argumentation de la validité expérimentale de la dilatation temporelle prédite par Einstein, par exemple à partir de la détection de muons qui atteignent la surface de la Terre.
Analyse de la manière dont le comportement de la lumière à l'échelle quantique (quantification, dualité et incertitude) a été évalué à partir de preuves et révisé sur la base de nouvelles idées, et des raisons pour lesquelles la mécanique classique n'est pas capable de les expliquer.
III.
ATTITUDES ET VALEURS Attitude critique face à la complexité du débat social autour de l'énergie nucléaire.
Appréciation des effets des nouveaux regards de la physique (quantique et relativiste) sur le développement dans certains domaines de la société.
CRITÈRES D'ÉVALUATION Critères d'évaluation de la C1 PERTINENCE La pertinence dans l'élaboration d'un modèle physique implique d'élaborer un modèle capable d'expliquer les propriétés du système modélisé.
Par conséquent, la pertinence doit se refléter dans l'élaboration des modèles de la physique et dans l'utilisation de ces modèles pour formuler des prédictions et des hypothèses pertinentes, pour construire des explications pertinentes des phénomènes (tant des phénomènes explorés et connus que des phénomènes nouveaux), et pour planifier et justifier des actions pertinentes.
RIGUEUR La rigueur est la qualité d'être exact et précis dans l'élaboration, l'évaluation et la révision du modèle physique.
Cela implique que, dans l'élaboration des modèles, les idées soient exprimées avec rigueur en utilisant les langages de la physique.
En même temps, cela requiert d'indiquer correctement les unités d'une grandeur et d'effectuer correctement les calculs, ainsi que de rechercher la compréhension approfondie des idées de la physique.
De même, la rigueur est nécessaire pour évaluer et réviser ses propres modèles, en analysant de manière critique quels faits ou quelles données ne concordent pas avec la prédiction faite sur la base de ce modèle initial.
La rigueur dans l'élaboration et la révision des modèles doit garantir que les modèles élaborés aient une capacité prédictive et explicative adéquate.
PRÉCISION La précision dans l'élaboration de modèles implique la qualité d'exprimer de manière concise et exacte les idées qui composent un modèle et les relations qui s'établissent entre grandeurs, et c'est aussi la qualité de savoir choisir et combiner divers langages (dessins, langage verbal, équations mathématiques, graphiques numériques, diagrammes, vecteurs, gestes, etc.) pour exprimer les modèles scientifiques.
En même temps, la précision avec laquelle les idées du modèle sont communiquées est également un élément clé de la modélisation des élèves qui doit être évalué, puisque tout processus de modélisation requiert d'éviter les ambiguïtés et les généralités propres au langage familier en définissant clairement chacune des idées avec la plus grande précision possible.
CA1.
Pertinence CA2.
Rigueur CA3.
Précision C1 Élaborer des modèles sur des phénomènes physiques pertinents permettant des prédictions, le développement d'explications et l'orientation d'actions Critères d'évaluation de la C2 PERTINENCE La pertinence est la qualité d'être approprié à l'objet de la recherche poursuivie.
Cette qualité dans l'investigation implique de focaliser le regard sur le phénomène à partir de l'élaboration de questions de recherche pertinentes.
La pertinence dans la sélection et l'élaboration de ces questions doit donner lieu à la réalisation de recherches qui permettent non seulement de décrire un phénomène ou de mieux savoir comment il se produit, mais aussi d'aider à interpréter pourquoi il se produit.
Par conséquent, tout au long du processus d'apprentissage, il faudra évaluer la pertinence avec laquelle les élèves formulent ces questions.
EXACTITUDE L'exactitude dans l'investigation de phénomènes est la qualité de fournir des mesures très proches ou égales à la valeur de ce qui est mesuré dans une investigation de phénomènes et de problèmes physiques.
C'est une qualité associée à la collecte et au traitement de données expérimental, elle doit se refléter dans la participation des élèves de physique à des recherches présentant divers degrés d'ouverture et avec divers instruments et méthodologies.
En ce sens, il faudra tenir compte de l'exactitude avec laquelle les élèves effectuent la conception expérimentale (manière d'aborder les détails, les conditions, etc.), de l'exactitude avec laquelle la méthodologie est mise en œuvre, de l'exactitude avec laquelle sont définis les variables, les grandeurs, les valeurs, les unités, etc., de l'exactitude avec laquelle les données sont exprimées, de l'exactitude avec laquelle l'erreur expérimentale est exprimée, etc. COHÉRENCE Entendue comme la correspondance logique entre l'objet d'une investigation et l'objectif poursuivi par l'investigation.
Cet objectif final est directement lié au développement de la capacité d'élaborer des conclusions, c'est-à-dire d'identifier des schémas et des tendances, de généraliser et d'extrapoler dans les cas possibles, de déterminer les limites de ce que l'on peut conclure ou non d'une recherche.
Il sera donc nécessaire d'évaluer la cohérence de ces conclusions, c'est-à-dire la cohérence des processus de raisonnement découlant de l'analyse des données.
En même temps, ces conclusions issues de l'investigation doivent pouvoir être communiquées sous divers formats, en mettant l'accent sur ceux qui sont propres à la pratique scientifique professionnelle (tels que les posters et les présentations lors de congrès, ainsi que les articles scientifiques écrits).
CA1.
Pertinence CA2.
Exactitude CA3.
Cohérence C2 Investiguer des phénomènes et des problèmes physiques pertinents au moyen de données expérimentales Critères d'évaluation de la C3 COHÉRENCE La qualité de la cohérence doit être présente dans les arguments utilisés, lesquels doivent être cohérents entre eux, de sorte qu'il n'y ait pas de contradictions internes dans le développement d'un argument.
Les arguments utilisés à propos de questions pertinentes liées à la physique doivent également être cohérents avec les preuves ou les éléments probants résultant de l'activité scientifique (les données obtenues du monde réel que les élèves utilisent pour argumenter).
Enfin, ces arguments doivent également être cohérents avec l'un des modèles scientifiques construits, de sorte que les arguments exposés reflètent les idées par lesquelles ces modèles sont exprimés.
ADÉQUATION L'adéquation est la qualité entendue comme la correspondance logique entre l'argumentation de questions pertinentes sur les plans culturel, environnemental et socioéconomique liées à la physique et l'évaluation et la révision de ses propres modèles physiques.
Cette adéquation passe par une discussion des potentialités et des limitations de chaque modèle (ce que chaque modèle permet d'expliquer ou de prédire et ce qu'il ne permet pas).
En même temps, se rapprocher, au moyen de la construction de modèles, des modèles scientifiques établis passe également par la discussion des limitations et des potentialités de chacun de ces modèles en tenant compte de la perspective historique et des révolutions vécues dans la manière de concevoir et de regarder le monde.
Compte tenu de l'importance de la discussion des potentialités et des limitations de chaque modèle, il faudra évaluer l'adéquation avec laquelle cette discussion est présente dans les cours de physique, et accompagne et complète l'utilisation des modèles scientifiques.
SENS CRITIQUE Le sens critique dans l'argumentation est la qualité d'exprimer une opinion raisonnée sur des questions pertinentes sur les plans culturel, environnemental et socioéconomique liées à la physique.
Cette qualité implique de construire et de défendre sa propre position sur la base des preuves dont on dispose ou que l'on peut rechercher, ainsi qu'en partant des connaissances relatives aux phénomènes physiques construites tout au long de la scolarité.
Il faudra évaluer le sens critique dans l'utilisation d'arguments à partir des données fournies, afin de défendre ou de réfuter une affirmation déterminée, en utilisant avec clarté et précision le langage scientifique.
Il faudra également mettre l'accent sur la capacité critique des élèves lorsqu'ils se prononcent sur les questions qui peuvent être les plus controversées, et qui peuvent combiner des arguments favorables et contraires à une même position.
CA1.
Cohérence CA2.
Adéquation CA3.
Sens critique C3 Argumenter en se fondant sur des preuves et des modèles sur des questions pertinentes sur les plans culturel, environnemental et socioéconomique liées à la physique ATTENTES DE FIN DE CYCLE Attentes de fin de cycle de la C1 À la fin du baccalauréat, l'élève fait des prédictions sur des phénomènes physiques liés aux interactions mécaniques, électromagnétiques et thermodynamiques, ainsi qu'aux changements d'état et de mouvement résultant de ces interactions, élabore des explications sur ces phénomènes et prend des décisions de manière adéquate, en justifiant clairement ces prédictions, explications et actions à partir de ses modèles scientifiques élaborés.
Ce faisant, l'élève évalue et révise avec rigueur ses propres modèles initiaux en se fondant sur les données et informations disponibles, en conservant toujours une attitude critique.
L'élève exprime ces modèles sur des phénomènes physiques de manière précise, en surmontant les ambiguïtés propres au langage courant, et il le fait en construisant des analogies et en utilisant les langages de la physique, en employant le plus adéquat dans chaque situation.
Attentes de fin de cycle de la C2 À la fin du baccalauréat, l'élève mène des investigations sur des phénomènes et des problèmes physiques pertinents.
Ce faisant, il formule de manière pertinente des questions de recherche pertinentes selon un ou plusieurs versants de la physique (théories et paradigmes des blocs de contenus).
En outre, l'élève fait et conçoit des investigations avec habileté, et les mène à bien en utilisant ou en sélectionnant de manière adéquate des instruments et des méthodologies appropriés à chaque cas.
L'élève analyse avec exactitude et rigueur les données résultant de ces investigations, et communique les résultats et les conclusions qui en découlent de manière cohérente et efficace, en utilisant, dans chaque cas, les langages et formats de communication scientifique appropriés.
Attentes de fin de cycle de la C3 À la fin du baccalauréat, l'élève argumente sur la physique, que ce soit à propos de ses modèles ou de ses méthodes expérimentales, et accompagne ses arguments et positions d'une évaluation critique, pertinente et rigoureuse des modèles, des méthodes et des données.
Ce faisant, il discute et argumente de manière adéquate sur les potentialités ou les limitations d'un modèle construit dans le domaine de la physique, que ce soit par les élèves eux-mêmes ou par la communauté scientifique.
En même temps, il discute et argumente avec rigueur sur la validité et la fiabilité d'un ensemble de données expérimentales.
En outre, il défend avec sens critique et avec clarté ses propres positions à partir d'arguments fondés sur des preuves et des connaissances qui impliquent la physique, en particulier sur des questions socialement pertinentes et controversées, telles que la sécurité routière, la consommation et les économies d'énergie, les rayonnements ou la pollution sonore et lumineuse.
TABLEAUX DE SYNTHÈSE Tableau de synthèse de la C1 Élaborer des modèles sur des phénomènes physiques pertinents permettant des prédictions, le développement d'explications et l'orientation d'actions C1 Évaluer ses propres modèles physiques et mathématiques en se fondant sur les données disponibles afin de les améliorer Exprimer des théories et des modèles propres et établis par la physique dans divers langages, y compris le verbal, le graphique et le mathématique Construire des explications en se fondant sur des théories et des modèles propres et établis Réviser ses propres modèles physiques et mathématiques en se fondant sur d'autres idées afin de les améliorer Critères d'évaluation CA1.
Pertinence CA2.
Rigueur CA3.
Précision Attentes de fin de cycle À la fin du baccalauréat, l'élève fait des prédictions sur des phénomènes physiques liés aux interactions mécaniques, électromagnétiques et thermodynamiques, ainsi qu'aux changements d'état et de mouvement résultant de ces interactions, élabore des explications sur ces phénomènes et prend des décisions de manière adéquate, en justifiant clairement ces prédictions, explications et actions à partir de ses modèles scientifiques élaborés.
Ce faisant, l'élève évalue et révise avec rigueur ses propres modèles initiaux en se fondant sur les données et les informations disponibles, en conservant toujours une attitude critique.
L'élève exprime ces modèles sur des phénomènes physiques de manière précise, en dépassant les ambiguïtés propres au langage quotidien, et il le fait en construisant des analogies et en utilisant les langages de la physique, en employant le plus approprié dans chaque situation.
Tableau de synthèse de la C2 Investiguer des phénomènes et des problèmes physiques pertinents au moyen de données expérimentales C2 Traiter des données empiriques de divers formats Se poser des questions investigables sur des phénomènes physiques pertinents sur le plan culturel et socio-économique Réaliser des démarches d'investigation expérimentale en physique Élaborer des conclusions de démarches d'investigation expérimentale dans divers formats scientifiques Critères d'évaluation CA1.
Pertinence CA2.
Exactitude CA3.
Cohérence Attentes de fin de cycle À la fin du baccalauréat, l'élève effectue des investigations portant sur des phénomènes et des problèmes physiques pertinents.
Ce faisant, il formule de manière pertinente des questions investigables pertinentes sous un ou plusieurs angles de la physique (théories et paradigmes des blocs de contenus).
En outre, l'élève réalise et conçoit des investigations avec habileté, et les mène à bien en utilisant ou en sélectionnant de manière adéquate des instruments et des méthodologies appropriés à chaque cas.
L'élève analyse avec exactitude et rigueur les données résultant de ces investigations, et communique les résultats et les conclusions qui en découlent de manière cohérente et efficace, en employant, dans chaque cas, les langages et les formats de communication scientifique appropriés.
Tableau de synthèse de la C3 Argumenter en se fondant sur des preuves et des modèles sur des questions pertinentes sur le plan culturel, environnemental et socio-économique liées à la physique C3 Discuter les limites et les potentialités des modèles et des explications construits dans le domaine de la physique Analyser la validité et la fiabilité expérimentale des méthodologies employées et des résultats obtenus dans l'investigation de phénomènes physiques Défendre sa propre position en se fondant sur des preuves et des connaissances dans des questions socialement pertinentes et vives qui impliquent la physique Critères d'évaluation CA1.
Cohérence CA2.
Adéquation CA3.
Sens critique Attentes de fin de cycle À la fin du baccalauréat, l'élève argumente sur la physique, que ce soit au sujet de ses modèles ou de ses méthodes expérimentales, et accompagne ses arguments et ses positions d'une évaluation critique, pertinente et rigoureuse des modèles, des méthodes et des données.
Ce faisant, il discute et argumente de manière adéquate sur les potentialités ou les limites d'un modèle construit dans le domaine de la physique, que ce soit par les élèves eux-mêmes ou par la communauté scientifique.
Parallèlement, il discute et argumente avec rigueur sur la validité et la fiabilité d'un ensemble de données expérimentales.
En outre, il défend avec sens critique et avec clarté ses propres positions à partir d'arguments fondés sur des preuves et des connaissances qui impliquent la physique, en particulier dans des questions socialement pertinentes et controversées, telles que la sécurité routière, la consommation et les économies d'énergie, les rayonnements ou la pollution sonore et lumineuse.