PROGRAMME DE PHYSIQUE DE LA VOIE PTSI

Le programme valorise l’approche expérimentale des phénomènes pour stimuler chez l’étudiant une attitude active et créatrice, favorisant l’appropriation des connaissances ainsi que le développement d’une certaine dextérité manuelle. Les travaux pratiques (TP) et les TP-COURS sont les temps forts de cette valorisation. Des TP-COURS sont mis en place en optique et en électricité. Leur but est l’acquisition de savoir-faire expérimentaux de base dans le cadre d’un travail interactif : au tableau et au poste de démonstration du professeur, au tableau et au poste de TP pour l’étudiant. Leur durée est limitée à 2 heures prises sur la plage horaire des séances de TP. Ceci permet de dispenser en PTSI une formation expérimentale limitée dans ses contenus, mais approfondie. Chaque fois que cela est possible, l’ordinateur interfacé doit être utilisé pour l’acquisition et le traitement des données expérimentales. Il devient ainsi un instrument courant des laboratoires, au service de l’expérience. Le contenu des TP reste, dans un cadre plus souple, de la responsabilité et de la liberté pédagogique du professeur.

Si le programme propose des thèmes de TP choisis notamment pour illustrer le cours de physique, ceux-ci peuvent être remplacés par tout autre thème à l’initiative du professeur et ne faisant appel qu’aux connaissances au programme de la classe. A la différence des séances de TP-COURS nécessairement très cadrées, les séances de TP sont orientées vers l’acquisition d’une autonomie progressive dans la démarche expérimentale. On habitue notamment les étudiants à rédiger un compte-rendu présentant les manipulations, les éventuels réglages préliminaires, les résultats des mesures et les commentaires que ceux-ci suscitent. Les pratiques d’évaluation doivent être cohérentes avec l’esprit même du programme. La spécificité de la filière PT doit donc se retrouver dans le contrôle des connaissances. Ces évaluations doivent respecter les objectifs suivants : tester l’aptitude de l’étudiant à comprendre le phénomène physique, savoir mettre en équation la situation modélisée, obtenir par les méthodes du programme des résultats concrets et les analyser. Elles doivent privilégier le contenu physique et limiter la technicité des calculs.

En particulier, le formalisme mathématique des calculs d’incertitude par différenciation linéaire ou logarithmique est hors programme. Les thèmes de TP n’étant que des propositions, ils ne correspondent pas à des connaissances ou des savoir-faire exigibles. Ceux-ci se limitent aux contenus du cours décrits dans la rubrique « Approche théorique » et aux parties de la rubrique « Démarche expérimentale» abordées en cours et en TP-COURS.Ces différentes contraintes ont conduit à placer dans la première partie des éléments d’optique géométrique, de mécanique du point et d’électrocinétique. Il est important que les enseignants des classes préparatoires connaissent précisément les rubriques des programmes de l’enseignement secondaire qu’ils sont amenés à approfondir. Pour que les objectifs de la première partie soient atteints, il est essentiel d’éviter tout débordement, même par simple anticipation sur le programme de deuxième partie. Par ailleurs à ce stade, on ne saurait exiger des étudiants qu’ils puissent traiter des exercices et problèmes directement issus des épreuves de concours sans que ceux-ci aient fait l’objet d’adaptations. Dans la deuxième partie du programme, l’ordre d’exposition relève de la liberté pédagogique du professeur. Les outils mathématiques sont introduits au fur et à mesure que leur nécessité apparaît.

Une bonne concertation au sein de l’équipe pédagogique peut permettre de bénéficier de synergies : le produit vectoriel , les nombres complexes, des notions sur les équations différentielles linéaires, font par exemple partie de l’enseignement de mathématiques de début d’année ; par ailleurs la cinématique du solide enseignée en sciences industrielles fournit l’outil nécessaire pour aborder les changements de référentiel en physique.L’objectif est d’introduire progressivement quelques-uns des concepts de base de la mécanique tridimensionnelle ainsi que les premiers outils nécessaires à l’étude de la mécanique du point, et cela en accord avec les idées mises en œuvre dans l’enseignement de sciences industrielles. Le programme ci-dessous est fondé sur l’introduction d’un objet conceptuel, « le point matériel ». Cette notion permet de modéliser des « particules » quasi-ponctuelles au mouvement desquelles on s’intéresse ; elle est d’autre part utilisable pour le centre d’inertie d’un système. Enfin, elle permettra ultérieurement l’analyse et l’étude du mouvement d’un système quelconque (solide, fluide), à l’aide d’une décomposition « par la pensée » en éléments matériels considérés comme quasi-ponctuels.Les lois de Descartes sont présentées comme des lois d’origine expérimentale.

L’étude de la propagation des rayons lumineux dans un milieu d’indice continûment variable est hors programme. L’approximation de Gauss est avantageusement introduite par l’intermédiaire d’un logiciel de simulation de trajets lumineux. À cette occasion, on met en évidence les aberrations géométriques et chromatiques qui sont aussi observées en TP. Le dioptre sphérique est hors programme. L’expression de la distance focale d’une lentille à bords sphériques en fonction de l’indice et des rayons de courbure est hors programme. L’objectif premier est de maîtriser la construction des rayons lumineux. Le stigmatisme approché et l’aplanétisme étant admis, on montre que les constructions géométriques permettent d’obtenir des formules de conjugaison et de grandissement. Toute étude générale des systèmes centrés, des associations de lentilles minces et des systèmes catadioptriques est hors programme, notamment la notion de plan principal et la formule de Gullstrand. La rédaction de la rubrique TP-COURS est détaillée car elle constitue un ensemble de compétences exigibles. Le but poursuivi est de maîtriser la mise en œuvre des montages qui seront notamment utilisés en optique ondulatoire en seconde année. On peut répartir les TP-COURS d’optique sur 3 séances de 2 heures.