Sciences de la nature

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1 Sciences de la nature Département de Physique N o DU COURS: 203-NYC-05 SESSION: Automne 2010 TITRE DU COURS: Pondération : Préalable : 203-NYA-05 PROFESSEUR: Claude Shields Courrier électronique: claude.shields@cegep-ste-foy.qc.ca Bureau: C 244 Tel.: Bureau (418) poste : 6164

2 I. Thématique générale du cours Les grandes orientations du cours Le but du cours est d initier l étudiant(e) aux phénomènes optiques et ondulatoires ainsi qu aux principaux aspects de la physique moderne qui ont servi de tremplin à la recherche actuelle. L articulation des apprentissages du cours à ceux de l ensemble du programme Le cours de physique 203-NYC-05 est un cours d ondes et de physique moderne destiné aux étudiants du programme Sciences de la nature. Il complète la formation acquise aux deux premiers cours de physique (Mécanique et Électricité) apparaissant dans ce programme. Ce cours, ainsi que les deux autres sont des préalables universitaires pour les secteurs des sciences pures et appliquées, du génie et des sciences de la santé. Les préalables Le cours de physique 203-NYA-05 Mécanique doit avoir été suivi avant d entreprendre l étude du cours Ondes et physique moderne. II. Objectifs, habiletés, contenus et évaluation 2.1 Énoncé et éléments de compétences Énoncé de la compétence Analyser différentes situations ou phénomènes physiques reliés aux ondes, à l optique et à la physique moderne à partir des principes fondamentaux. Éléments de la compétence o Appliquer les principes de base de la physique à la description des vibrations, des ondes et de leur propagation. o Appliquer les lois de l optique géométrique. o Appliquer les caractéristiques des ondes aux phénomènes lumineux. o Analyser quelques situations à partir des notions de la physique moderne. o Vérifier expérimentalement quelques lois et principes reliés aux ondes, à l optique et à la physique moderne. p. 2 V 08/16/10

3 2.2 Habiletés et contenu Les habiletés essentielles et le contenu sont décrits dans le devis du cours dont vous pouvez consulter en ligne ou télécharger une copie en format PDF à partir du site du département de physique. En résumé, le contenu est divisé en quatre parties : les ondes, l optique géométrique, l optique physique et la physique moderne. A) Les ondes Oscillations harmoniques simples, propriétés des ondes (type, propagation, réflexion, réfraction, superposition), ondes stationnaires, interférence, cohérence, ondes sonores, ondes électromagnétiques, effet Doppler, pellicules minces. B) L optique géométrique Nature de la lumière, le spectre électromagnétique, la réflexion, la réfraction, les miroirs plans et sphériques, les dioptres, les lentilles, l œil, les instruments d optique. C) L optique physique Interférence, expérience de Young, diffraction de Fraunhofer et réseaux D) La physique moderne Le corps noir, modèles atomiques, effet photoélectrique, spectre de raies. Un des deux thèmes suivants : principe de la relativité restreinte ou la radioactivité. 2.3 Méthodes pédagogiques La pondération du cours est de 3-2-3, soit trois heures de théories et deux heures de travaux pratiques par semaines. Pour assurer une atteinte raisonnable des compétences, l élève doit fournir un minimum de trois heures par semaine de travail personnel. La partie théorique du cours consistera principalement en exposés théoriques sous forme de diaporamas (présentations PowerPoint) que viendront compléter la résolution de problèmes choisis de même qu'un certain nombre de démonstrations en classe. Les expériences de la partie pratique se feront en équipe de deux. L étudiant sera soumis à des évaluations formatives et sommatives sous forme de rapports de laboratoire en équipe. La rédaction des rapports sera réalisée sur support informatique à l aide de logiciels (tableur, traitement de texte, illustration et éditeur d équations). Les explications qui seront données au cours visent à dégager les points importants ou difficiles des chapitres. Pour que vous profitiez au maximum des explications et des exercices d application qui vous seront proposés, il est important de lire avant le cours le chapitre qui sera étudié tel que prévu au calendrier. Vous trouverez, à travers les différentes sections des chapitres, des exemples qui sont des problèmes présentant une solution détaillée. Leur étude devrait vous aider en vous donnant des indications méthodologiques sur la façon d aborder certains exercices ou problèmes du même type. Certaines questions, apparaissant à la fin de chaque chapitre, ont également été sélectionnées et devraient vous permettre de vérifier rapidement la compréhension que vous avez de la matière. Tirez profit de la façon dont le volume est présenté. Le guide de travail qui vous est fourni contient les sections qui seront étudiées ainsi que les exemples qui vous seront utiles à l étude du chapitre. Vous y retrouverez les exercices, les questions et les problèmes sélectionnés. Des applications numériques accompagnent toujours l exposé théorique, vous aurez donc besoin de votre calculatrice en classe. p. 3 V 08/16/10

4 2.4 Activités d évaluation A. Évaluation formative Le guide de travail qui est fourni permet à l élève de s auto-évaluer en vérifiant l atteinte des objectifs décrits. B. Évaluation sommative Examens (80%) Il y aura trois examens partiels de 110 minutes chacun. Ces examens comptent chacun pour 80 % de la note finale. Les dates des examens sont données dans le calendrier. Ces examens portent sur : La compréhension des lois et principes de la physique optique, ondulatoire et moderne ; La capacité de reprendre l une ou l autre des démonstrations présentées en classe ; La compréhension des notions présentées au laboratoire. Travaux pratiques (20%) L ensemble des laboratoires compte pour 20 % de la note finale. Selon l expérience réalisée, un rapport plus détaillé ou un compte-rendu devra être remis par l équipe. C. Les résultats Les résultats accumulés sont disponibles sur Omnivox. III. Médiagraphie, règles institutionnelles et règles départementales 3.1 Médiagraphie Matériels requis 1. BENSON, Harris, Physique III, Optique et physique moderne, Saint-Laurent, Éditions du renouveau pédagogique, 4 e édition 2009, 520p. 2. Les textes de laboratoires sont disponibles sur le site du cours. Autres ressources SERWAY, Raymond A., Physique III, Optique et physique moderne, Laval, Éditions études vivantes, 4 e édition, BOISCLAIR, Gilles et PAGÉ, Jocelyne, Guide des Sciences Expérimentales, Montréal, Éditions du renouveau pédagogique, 3 e édition 2004, 228 p. GIANCOLI, Douglas C., Ondes, optique et physique moderne, Centre éducatif et culturel, HALLIDAY, D. et RESNICK, R., Ondes, optique et physique moderne, Montréal, Les éditions de la Chenelière inc./ McGraw-Hill, p. 4 V 08/16/10

5 3.2 Référence à la politique d évaluations des apprentissages La politique institutionnelle d évaluation des apprentissages prévoit des normes et des règles qui sont précisées par les modalités départementales. Quelques articles de la PEA sont donnés ci-dessous. Évaluation du français Dans toutes les évaluations sommatives, chaque erreur de langue est pénalisée à raison de 0,5 % de la pondération de l évaluation en cause jusqu à concurrence de 10% de la note, selon le nombre d erreurs. Lorsque le contexte de réalisation permet à l étudiant le recours aux outils de référence linguistique, la pénalité pour les erreurs de langue est de 20 % au maximum conformément à l article de la P.E.A. Présentation des travaux Les étudiants doivent présenter leurs travaux écrits en conformité avec les normes de présentation adoptées par le Cégep et les règles départementales qui viennent les préciser et les compléter. Présence aux cours La présence aux cours, aux séances de laboratoire, aux stages ou autres activités d apprentissage ainsi qu aux activités d évaluation est une condition essentielle de la réussite. L étudiant qui s absente au-delà d une proportion d heures de 15 % d un cours est passible d un échec. Lors de l analyse de la situation, le professeur peut tenir compte de circonstance particulière pour prendre sa décision. Remise des travaux Les rapports et les travaux exigés de l étudiant doivent être remis au professeur à la date et au lieu indiqués. Une journée ouvrable de retard est tolérée entraînant une pénalité de 5 % de la note. Au-delà de ce délai, le travail est refusé et la note «0» est attribuée. Remise des travaux corrigés Un délai maximum de trois (3) semaines est prévu pour la remise des travaux et examens corrigés. Procédure de révision de notes Tout étudiant a le droit de demander une révision de notes. Il est responsable de fournir tous les documents pertinents qui lui ont été remis. 1. Révision de note en cours de session L étudiant désireux d obtenir une révision de sa note à une activité d évaluation sommative en cours de session en fait la demande directement au professeur concerné dans la semaine qui suit la réception de sa note. Il appartient au professeur de maintenir ou de modifier la note et ce dernier communique sa décision à l'étudiant au plus tard une semaine après la date de la demande. 2. Révision de la note finale L étudiant désireux d obtenir la révision de la note finale à un cours s adresse d abord au professeur concerné. À défaut de pouvoir, le faire ou s il s estime toujours lésé après l avoir fait, l étudiant doit, au plus tard à la date limite fixée au calendrier pour une telle demande, déposer à la Direction des études une demande de révision de note. Au plus tard une semaine après la réception de la demande par le coordonnateur du département, le comité de révision de note transmet sa décision à la Direction des études qui en saisit l étudiant par écrit. Pour être admissible, la demande de l étudiant doit préciser les activités d évaluation visées par cette demande, être accompagnée de tous les documents nécessaires (évaluations remises à l étudiant et autres pièces justificatives) et d une lettre de justification pertinente. p. 5 V 08/16/10

6 Plagiat et fraude Tout acte de plagiat et de fraude sera sanctionné. Constitue notamment un plagiat ou une fraude tout acte de copier ou de fournir ou recevoir volontairement de l information lors d un examen, de reproduire en tout ou en partie le travail d une autre personne, qu il s agisse d un document imprimé, audiovisuel ou électronique, sans y faire expressément référence, de remplacer un étudiant ou de se faire remplacer lors d un examen ou d un travail faisant l objet d une évaluation, d obtenir, posséder ou utiliser frauduleusement des questions ou réponses d examen, de falsifier les résultats de travaux ou d examens. En cas de plagiat, de coopération à un plagiat ou de fraude lors d un examen ou d un travail, l étudiant obtient la note «0» pour cet examen ou ce travail, sans exclure la possibilité d autres sanctions compte tenu de la gravité de la faute. p. 6 V 08/16/10

7 IV. PROJET DE CALENDRIER Semaine du : Théorie Laboratoire 23 août Introduction, système m-k août Énergie, pendule simple Le pendule simple 6 septembre 13 septembre 20 septembre Ondes mécaniques, réflexion et transmission, ondes progressives Ondes stationnaires sur une corde, nature des ondes sonores Intensité des ondes sonores, battements, effet Doppler Atelier Mouvement harmonique simple Ondes stationnaires 27 septembre Examen 1 (25 points) Atelier 4 octobre Modèle de la lumière, lois fondamentales de l optique géométrique Miroirs et lentilles 11 octobre Relâche 18 octobre Œil et instrument d optique Instruments d optique 25 octobre Interférence, expérience de Young, couches minces Micro-ondes 1 novembre Examen 2 (25 points) Atelier 8 novembre Diffraction, pouvoir de résolution, réseaux Interférence et diffraction 15 novembre Modèle atomique Spectre de l hydrogène 22 novembre Noyau atomique, réactions nucléaires La constante de Planck 29 novembre Radioactivité La radioactivité 6 décembre Examen 3 (30 points) Atelier 13 décembre Réserve p. 7 V 08/16/10