Préparer sa rentrée en Prépa Scientifique

L’avis d’un enseignant de prépa en Physique

Préparer la rentrée en physique : pourquoi ?

Avec la récente réforme des programmes, la transition lycée-prépa est devenue très difficile pour les élèves. L’enseignement en classe prépa exigera d’eux des compétences auxquelles ils n’auront été que très peu préparés lors du cycle lycée.

L’étude de documents scientifiques et l’application de formules données «tombées du ciel» devront
laisser place à une étude approfondie et rigoureuse de phénomènes physiques, passant par la
connaissance, compréhension et maîtrise de lois physiques.

Cela exigera donc un apprentissage méticuleux du cours. Mais apprendre le cours ne sera pas
suffisant, bien que nécessaire : il faudra surtout l’avoir compris en profondeur, en sachant refaire les raisonnements et les démonstrations nécessaires, et ce afin d’acquérir des méthodes de
raisonnement et de résolution.

Un élève de classe préparatoire doit donc être capable d’analyser un problème et de mettre en œuvre une méthode de résolution impliquant des connaissances exigibles du programme. Cela exige donc une certaine rigueur et un recul qu’il est difficile d’avoir pour de jeunes esprits scientifiques à moins d’être convenablement guidé.

Quels sont alors les objectifs du stage de pré-rentrée ?

Partir d’acquis du cycle lycée et approfondir pour acquérir des méthodes :

Lors de l’année scolaire de mathsup’, pour chaque domaine de la physique (mécanique, onde,
optique, …), l’enseignant devra repartir de zéro, conformément aux programmes. Il pourra faire
appel à quelques notions vues au lycée mais celles-ci n’auront été abordées que très
superficiellement. Cette réforme des programmes du lycée implique donc des bases très fragiles sur lesquelles l’enseignant de physique en prépa ne peut que difficilement s’appuyer.

Néanmoins, la mécanique sera un domaine de prédilection pour le stage de pré-rentrée car très
«parlant» pour les élèves et dont les acquis de lycée sont suffisamment approfondis pour constituer une base solide d’apprentissage. En outre, la mécanique occupe une place très importante dans le programme de mathsup’.

Cela permettra d’introduire efficacement des outils géométriques et mathématiques directement appliqués à la physique et dont la maîtrise parfaite est absolument nécessaire en classe préparatoire : repérage d’un point en coordonnées cartésiennes et polaires, équations horaires d’un mouvement, équation différentielle d’un mouvement, solutions sinusoïdales oscillantes, notion de phase et utilisation du cercle trigonométrique, …

Ainsi, à travers des exercices judicieusement choisis et à la portée des élèves, il s’agira d’acquérir des méthodes et outils mathématiques très généraux (pas uniquement spécifique à la mécanique) qui serviront jusqu’aux concours (et au-delà…).

Prendre un peu d’avance sur l’année à venir :

Outre la mécanique qui constitue une bonne part du programme de mathsup’, l’électrocinétique
(étude de circuits) prendra également une place conséquente dès le premier semestre. À ce sujet, presque rien n’aura été vu au lycée. Les élèves n’auront aucune conception de ce que représente un courant électrique ou une tension électrique, notions pourtant essentielles. Ils n’auront que de vagues et maigres souvenirs de collège et lycée (loi d’Ohm notamment).

C’est donc également un objectif prioritaire du stage de pré-rentrée : commencer à travailler ces notions afin de ne pas se retrouver submerger lorsque le professeur de physique aura à aborder cette partie du programme au cours de l’année de mathsup’. En effet, le rythme de travail sera vite soutenu. Mieux vaut donc avoir une longueur d’avance.

Au cours du stage, bien sûr il ne s’agira pas de couvrir entièrement le programme
d’électrocinétique, mais d’en introduire les notions de bases qui seront abordées au fur et à mesure, à travers des exercices progressifs et permettant à nouveau de mettre en oeuvre des méthodes générales de résolution. Notamment, l’électrocinétique permettra de travailler efficacement la résolution d’équations différentielles, outil absolument essentiel en physique.

Pour résumer

Le stage de pré-rentré de physique a donc pour vocation l’acquisition de méthodes générales qui seront utiles et absolument nécessaires aux élèves pendant tout le cycle préparatoire.

Ces méthodes seront travaillées à travers des domaines de la physique (mécanique et
électrocinétique) qui prendront une part importante lors de l’année de mathsup’.

Ainsi, participer au stage permettra en outre aux élèves d’avoir une longueur d’avance, ce qui ne sera pas négligeable lorsque le rythme de travail sera très soutenu.

NB Le programme de mathsup’ traite bien sûr d’autres domaines que la mécanique et
l’électrocinétique :

  • signaux physiques (propagation, interférences)
  • optique géométrique
  • action d’un champ magnétique et induction électromagnétique
  • thermodynamique
  • statique des fluides

Pour le stage de pré-rentrée de mathsup’, il n’est pas utile d’aborder les notions afférentes à ces
domaines :

  • parce que la difficulté ou l’exigence mathématique est relativement faible (signaux physiques et optique géométrique notamment) ;
  • ou parce qu’aborder ces notions est contre-productif : pour des élèves sortant de terminale, les contenus peuvent être difficilement accessibles et, de toute façon, ne seront vues qu’au deuxième semestre (thermodynamique et induction électromagnétique notamment).
SéancesCompétences visées
1. MécaniqueRepérage d'un point en coordonnées cartésiennes et en
coordonnées polaires.

Projection de vecteurs sur une base vectorielle orthonormée.

Application à l'étude d'un mouvement en utilisant la deuxième
loi de Newton : établissement des équations horaires par
intégration de l'équation dynamique du mouvement ,
établissement de l'équation de la trajectoire, ...
2. MécaniqueIntroduction aux équations différentielles du premier ordre et
second ordre. Importance des conditions initiales.

Solutions sinusoïdales oscillantes : notion d'amplitude, pulsation,
fréquence, période, phase ...
3. ÉlectrocinétiqueNotions de bases d’électrocinétique : charge électrique, courant,
potentiel, tension, loi d'Ohm pour un dipôle résistif.

Lois de l'électrocinétique : loi des noeuds et loi des mailles.

Association de dipôles.

Représentation de Thévenin d'un générateur.
4. ÉlectrocinétiqueCondensateur et bobine : relation courant - tension.

Circuit linéaire du premier ordre et deuxième ordre en régime libre :
- savoir expliciter des conditions initiales ;
- établir des équations différentielles régissant l'évolution
temporelle d'une grandeur électrique, résoudre ces équations
compte tenu des conditions initiales.
5. Mécanique/ÉlectrocinétiqueNotion de dérivée et d'intégrale en physique. Application en mécanique et électrocinétique.

Application aux bilans d'énergie :
- puissance reçue par un dipôle ; notion d'énergie stockée pour
une bobine et un condensateur ;
- puissance d'une force mécanique, notion de force conservative
et d'énergie potentielle, notion d'énergie mécanique et loi de
conservation.

 

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