Mercredi 27 novembre 2013

Rappel concernant les absences en colle : lire plus bas.
Les colles de Physique de cette semaine seront consacrées :

  • aux ondes stationnaires
  • à la Physique quantique
  • et, uniquement en questions de cours : aux oscillateurs amortis.
QUESTIONS DE COURS DE CETTE SEMAINE
Chaque étudiant se verra attribuer une question de cours en début d’heure, choisie par le colleur parmi cette liste :Q1. Ecriture d’une onde stationnaire comme superposition d’une onde progressive incidente et d’une onde progressive réfléchie. Découplage du temps et de l’espace.
Q2. Détermination des longueurs d’ondes des modes propres d’une corde de longueur

    \[L\]

fixée à ses deux extrémités, simplement à l’aide de schémas et/ou (au choix du colleur) par le calcul à partir de l’expression d’une onde stationnaire sinusoïdale

    \[z(t)=2Z_0 cos(\omega t+\varphi) cos(kx+\psi)\]

.
Q3. Principe d’incertitude de Heisenberg (on ne demande pas de « démonstration »). Discussion sur sa signification physique.
Q4. Détermination des niveaux d’énergie d’une particule quantique confinée dans une zone de l’espace de largeur

    \[L\]

(cas 1D), en raisonnant par analogie avec la corde vibrante. Lien avec la quantification de l’énergie dans un atome (discussion qualitative à l’oral).
Q5. Écriture canonique de l’équation différentielle d’un oscillateur amorti, dans n’importe quel domaine de la physique. Pulsation propre, facteur de qualité. Les trois cas à envisager pour la résolution, et la forme des solutions dans chaque cas.

Q6. Établissement de l’équation différentielle vérifiée par la tension aux bornes du condensateur dans un circuit (R, L, C) série (en régime libre ou en réponse à un échelon,  au choix). Détermination de la pulsation propre et du facteur de qualité.

Q7. Établissement de l’équation différentielle vérifiée par la position d’une masse accrochée à un ressort, en présence de frottements fluides. Détermination de la pulsation propre et du facteur de qualité.

 

COMPÉTENCES ÉVALUABLES CETTE SEMAINE DANS LES EXERCICES
– Savoir caractériser un signal présentant des battements.
– Caractériser une onde stationnaire par l’existence de nœuds et de ventres.
– Savoir qu’une vibration quelconque d’une corde accrochée entre deux extrémités fixes se décompose en modes propres.
– Exprimer les fréquences des modes propres connaissant la célérité et la longueur de la corde.
– Connaître et utiliser les relations de Planck-Einstein et de Louis de Broglie.
– Évaluer des ordres de grandeurs typiques intervenant dans des phénomènes quantiques.
– Décrire un exemple d’expérience mettant en évidence la nécessité de la notion de photon.
– Décrire un exemple d’expérience illustrant la notion d’ondes de matière.
– Interpréter une expérience d’interférences (matière ou lumière) « particule par particule » en termes probabilistes.
– À l’aide d’une analogie avec la diffraction des ondes lumineuses, établir l’inégalité en ordre de grandeur :

    \[\Delta x \Delta p_x >\sim \hbar\]

– Établir le lien entre confinement spatial et énergie minimale (induit par l’inégalité de Heisenberg spatiale).
– Obtenir les niveaux d’énergie par analogie avec les modes propres d’une corde vibrante.
– Établir le lien qualitatif entre confinement spatial et quantification.

Bon travail à tous !

Il est rappelé aux étudiants absents en colle que la note « zéro » leur est attribuée, sauf si les deux conditions suivantes sont réunies :

  • l’étudiant rattrape la semaine suivante avec le colleur concerné (en le prévenant à l’avance), en se greffant à un autre groupe de colle. Il sera interrogé sur le programme de colle en vigueur la semaine où il devait avoir colle.
  • ET il présente au colleur un justificatif officiel de son absence la semaine précédente.

Si l’une au moins des deux conditions précédentes n’est pas vérifiée, la note de « 0/20 » est alors attribuée.