La physique du programme de sciences de la nature se joue en trois sessions et trois cours : la mécanique, l’électricité et le magnétisme, puis les ondes et la physique moderne. Beaucoup d’étudiants montréalais abordent le premier avec l’idée qu’il prolongera la physique du secondaire, et découvrent qu’il change de nature. Voici ce que contient chacun des trois cours, pourquoi ils déstabilisent, et comment s’y préparer.
Les trois cours en un coup d’œil
Le cours de mécanique, désigné par le code 203-SN1-RE (ancien 203-NYA) depuis le programme révisé 200.B1, ouvre la séquence. Le cours d’électricité et magnétisme, 203-SN2-RE (ancien 203-NYB), suit en deuxième session. Le cours d’ondes et physique moderne, 203-SN3-RE (ancien 203-NYC), la termine. Les anciens codes restent sur bien des plans de cours et des relevés, et c’est la même matière : seuls quelques chapitres ont bougé d’un cégep à l’autre, on y revient plus bas. Les trois cours sont exigés par la plupart des programmes de génie et de sciences physiques à l’Université McGill, à l’Université Concordia et dans les universités québécoises.
Mécanique 203-SN1-RE : le cours qui change les habitudes
La mécanique reprend des sujets familiers, la cinématique et les forces, mais elle les traite avec des outils nouveaux : vecteurs systématiques, notation avec les vecteurs unitaires, dérivées et intégrales pour relier position, vitesse et accélération. C’est le premier cours où la physique et le calcul différentiel travaillent ensemble.
Le contenu couvre la cinématique, la dynamique de Newton, le travail et l’énergie, la quantité de mouvement, la rotation des corps rigides, l’équilibre statique et la gravitation. Deux chapitres surprennent régulièrement : la rotation, parce que le moment d’inertie n’a pas d’équivalent au secondaire, et le centre de masse, souvent découvert trop tard.
Pour travailler ces chapitres, le hub du cours de mécanique contient une série corrigée par chapitre : mesures et incertitudes au laboratoire, qui ouvre la session, cinématique, cinématique vectorielle en deux et trois dimensions, dynamique et lois de Newton, travail, énergie et puissance, quantité de mouvement et collisions, rotation des corps rigides, équilibre statique et gravitation universelle. Un examen final blanc de trois heures reprend l’ensemble, avec des exercices qui croisent plusieurs chapitres sans annoncer la méthode, comme à l’examen réel. Pour la dynamique, le chapitre où les signes se perdent, la fiche de révision tient la méthode du schéma des forces sur une page.
Électricité et magnétisme 203-SN2-RE : le cours le plus abstrait
C’est celui qui donne le plus de fil à retordre, pour une raison simple : on ne voit rien. En mécanique, on peut se représenter un bloc qui glisse. En électrostatique, il faut se représenter un champ, une notion inventée précisément parce qu’elle n’a pas d’image directe.
Le cours couvre la charge, le champ et le potentiel électriques, le théorème de Gauss, les condensateurs, les circuits à courant continu et leur régime transitoire, le magnétisme et l’induction, les sources du champ magnétique, puis les circuits RC, RL et RLC. Le régime sinusoïdal et le théorème de Gauss sont les deux points où l’écart se creuse entre les étudiants qui suivent et ceux qui décrochent. Un mot sur le programme révisé : le théorème de Gauss et l’inductance ne sont plus au devis de tous les cégeps, certains les gardent et d’autres non, donc le plan de cours reçu en début de session fait foi.
Les séries du hub d’électricité et magnétisme : charge, champ et potentiel, le théorème de Gauss, potentiel électrique et condensateurs, circuits à courant continu, circuits RC en courant continu, magnétisme et induction, l’induction électromagnétique, sources du champ magnétique et circuits RC, RL et RLC, plus les incertitudes au laboratoire travaillées sur le multimètre et le pont de Wheatstone. Deux épreuves reprennent tout : l’examen de synthèse et l’épreuve de synthèse au devis révisé. La fiche sur le théorème de Gauss donne les trois symétries et la surface à choisir pour chacune.
Ondes et physique moderne 203-SN3-RE : deux cours en un
Le SN3-RE juxtapose deux univers. La première moitié traite le mouvement harmonique simple, les ondes mécaniques, le son, l’effet Doppler et l’optique. La seconde ouvre sur la physique quantique, le noyau et la relativité restreinte, et le programme révisé y ajoute la chaleur, les transferts thermiques et le bilan radiatif de la Terre. Le changement de registre en cours de session en déroute plus d’un.
Les séries du hub d’ondes et physique moderne : MHS et ondes mécaniques, le son et les ondes stationnaires, l’effet Doppler, optique géométrique et instruments, l’optique ondulatoire, la physique moderne, physique quantique, physique nucléaire et radioactivité, la relativité restreinte, chaleur et transferts thermiques et effet de serre, albédo et forçage radiatif, avec les incertitudes au laboratoire sur le goniomètre et le compteur de radioactivité. L’examen de synthèse et l’épreuve de synthèse au devis révisé ferment la session. Pour le bloc quantique, la fiche de révision résume le photon, les spectres de raies et la dualité en une page.
Les quatre erreurs qui coûtent le plus de points
- Chercher la formule avant de faire le schéma. En physique au cégep, le schéma avec les forces, les axes et les signes est la moitié du travail. Les étudiants qui commencent par écrire une équation se trompent de signe une fois sur deux.
- Traiter les vecteurs comme des nombres. Une somme de forces n’est pas une somme de valeurs. Tant que les composantes ne sont pas posées, aucun calcul n’est fiable.
- Négliger les unités. Une analyse dimensionnelle rapide détecte la majorité des erreurs de manipulation, et elle prend dix secondes.
- Réviser en relisant. La physique ne se relit pas, elle se refait. Un chapitre compris en lisant le corrigé n’est pas un chapitre acquis.
Comment s’y prendre concrètement
La méthode qui fonctionne tient en trois habitudes. D’abord, refaire les exercices du cours sans regarder la solution, quitte à rester bloqué quinze minutes : c’est ce blocage qui fait apprendre. Ensuite, tenir une fiche de méthode par chapitre, une page maximum, qui répond à la question « devant quel type d’énoncé est-ce que j’utilise cet outil ». Enfin, s’imposer des exercices de synthèse qui croisent les chapitres, car c’est exactement ce que font les examens finaux.
Les étudiants qui arrivent du lycée français ont un avantage sur le formalisme et un désavantage sur le rythme, qui est plus soutenu au cégep. Ceux qui viennent du secondaire québécois ont l’habitude du rythme mais découvrent le niveau d’abstraction.
