Programmes de sciences physiques des cycles moyen ... · 1 REPUBLIQUE DU SENEGAL Un Peuple - Un But...

SOMMAIRE

Page

Partie introductive 2

Programmes du cycle moyen 20

Programme de 4 ème 22

Programme de 3 ème 38

Programmes du cycle secondaire 56

Programme de 2 èmeS 57

Programme de 1 ère S1 et S2 100

Programme de Terminale S 135

Programme de 2 ème L2 181

Programme de 1 ère L2 198

Programme de Terminale L2 213

Références bibliographiques 229

Recueil d’activités d’intégration 230

Annexes 238

1

REPUBLIQUE DU SENEGAL

Un Peuple - Un But – Une Foi

Ministère de l’Education

Inspection Générale de l ‘Education Nati onale

Commission nationale de sciences physiques

.

Tome 1 : programmes des cycles moyen et secondaire général.

Août 2008

IGEN - : 864 58 83 Fax : 864 58 83 Dakar -Sénégal Email: [email protected] Site web: http://www. igen.education.sn

PROGRAMMES DE SCIENCES PHYSIQUES DES CYCLES

MOYEN, SECONDAIRE GENERAL ET TECHNIQUE.

2

Partie introductivePartie introductivePartie introductivePartie introductive

3

La présente réforme tient compte des résultats fournis par une analyse de la situation

pédagogique et didactique existante, la mise en application des programmes de 99 et les

pratiques des enseignants.

La réussite de la réforme interpelle en premier lieu les enseignants acquis déjà à des

pratiques qui « marchent » et qui sont chargés d’appliquer cette réforme sur le terrain.

Il convient de maîtriser les courants pédagogiques/didactiques qui ont dominé l’élaboration

des curricula et l’enseignement ainsi que les champs théoriques qui les soutendent et

d’accepter de changer de comportement et de rapport au savoir à l’apprentissage afin

d’aider les élèves à apprendre en les mettant dans des situations de production et de

réalisation de projets

I La genèse du programme de sciences physiques.

Le programme de sciences physiques en vigueur jusqu’en juillet 2008 matérialise

l’aboutissement d’un long processus de réforme progressive qui a débuté depuis des années

avec la promulgation la loi 71-36 du 03 juin 1971, abrogée par celle de 92.

La lecture que l’on peut faire de ces réformes successives est que trois entrées principales

ont prévalu dans l’élaboration des programmes : l’entrée par les contenus, l’entrée par les

objectifs et l’entrée par les compétences :

• Au début des indépendances le programme officiel de sciences physiques du

Sénégal est pour l’essentiel le programme français des années 60.

La lecture que l’on pouvait faire de ce programme est qu’il était réduit à une liste de

contenus. Pour l’essentiel ce programme a prévalu jusqu’aux années 75 ; même si quelques

réaménagements ont été faits, il n’y a pas eu de modifications profondes.

De 1975 à 1986 le programme s’est progressivement modernisé. L’expérience des

classes pilotes testée à cette époque dans les lycées Lamine Guèye, Blaise Diagne et

Delafosse et pour laquelle un accent particulier était mis sur la dimension expérimentale de

l’enseignement de la physique, a largement contribué à cette modernisation.

Il faut attendre 1987 pour assister à la première réforme des programmes par la

commission nationale de sciences physiques. Cette réforme est marquée par :

- la redistribution des contenus des différentes parties de la physique et de la chimie dans

les niveaux d’étude,

- la présentation de chaque chapitre sous forme de « contenus » suivi de

« commentaires ».

On notera que la méthodologie adoptée repose encore pour l’essentiel sur une « entrée par

les contenus ».

En 1995, sous l’égide du Programme de Développement des Ressources Humaines

(PDRH), ont été élaborés des guides pédagogiques, par des équipes regroupant la

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commission nationale, des formateurs de la Faculté des Sciences et Technologies de

l’Education et de la Formation (FASTEF), de la Faculté des Sciences et Techniques (FST).

Les programmes sont alors présentés en « référentiels d’objectifs » suivis de

« commentaires ».

Ici la méthodologie adoptée repose sur l’entrée par les objectifs.

La dernière réforme date de 1999, sur instruction du ministre de l’éducation.

Le programme se présente sous forme d’un « référentiel de compétences » suivi de

commentaires. L’entrée est de type « entrée par les compétences ».

Ce programme est mis en œuvre depuis une dizaine d’année.

Le paragraphe qui suit fait l’économie de la pédagogie par objectifs et de l’approche par

compétences.

II Deux courants pédagogiques qui ont dominé l’élab oration des

curricula et l’enseignement : la pédagogie par obj ectifs (PPO) et

l’approche par compétences (APC)

• Une des premières tentatives développées dans les pays pour définir les résultats

attendus de l’action éducative, essentiellement entre la fin des années 60 et le début des

années 80 (un peu plutôt aux Etats-Unis), a consisté à définir des objectifs pédagogiques

décrivant de manière précise les comportements attendus de l’élève au terme d’une activité

d’apprentissage ainsi que les critères qui servent à l’évaluer.

Cette pédagogie dite par objectifs repose sur la définition d’objectifs, le découpage des

contenus d’enseignement en petites unités et l’identification d’itinéraires précis pour les

apprentissages.

La PPO a eu l’immense mérite de mettre pour la première fois l’élève au centre des

préoccupations des programmes scolaires. Au lieu de donner une liste de contenus à

transmettre aux élèves, les programmes listent désormais des objectifs que les élèves

doivent atteindre.

La communication des objectifs à l’élève est un facteur de motivation pour celui-ci qui

améliore l’efficacité de l’enseignement. L’élève peut contrôler ses acquis, mesurer ses

propres progrès, s’auto évaluer,

L‘évaluation est facilitée pour l’enseignant, qui peut contrôler son enseignement et procéder

à des régulations.

Toutefois, beaucoup de recherches en didactique ont montré le peu de réinvestissement et

de transfert des acquis scolaires dans divers domaines du savoir, par les élèves. Ce qui

frappe c’est moins l’absence de connaissances des élèves que l’incapacité d’en faire un

usage approprié.

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Dans la PPO, les objectifs sont déclinés presque exclusivement à partir des directives de

l’institution et de l’analyse de la matière sans prise en compte systématique de l’élève

La décomposition du savoir en objectifs nombreux et variés empêche l’élève de relier les

actions les unes aux autres et ainsi d’appréhender le phénomène dans sa globalité.

La maîtrise et l’accumulation de savoirs isolés ne permettent pas à l’élève de résoudre des

problèmes concrets de la vie. Apprendre ce n’est pas accumuler mais c’est mettre en

relation ; on n'apprend pas dans des situations simplistes mais à travers des activités

complexes s’apparentant à la réalité.

• La deuxième tentative est apparue à la fin des années 80 et connaît actuellement un

développement important. Développée sous le terme pédagogie de l’intégration [1],

l’approche par compétences (APC) a été opérationnalisée progressivement dans plusieurs

pays d’Europe et d’Afrique depuis les années 90, essentiellement à l’école élémentaire et

dans l’enseignement technique professionnel. Elle consiste à définir des compétences (voir

paragraphe suivant) en partant des finalités de l’enseignement et de situation- problèmes

significatives.

L’APC s’inscrit dans une conception de l’apprentissage selon laquelle un savoir-faire

s’acquiert plus aisément dans un contexte pertinent.

Elle repose sur des principes constructivistes ou interactionnistes qui mettent l’accent sur

l’appropriation active des connaissances par l’apprenant

Noter que le passage de la pédagogie par objectifs à la pédagogie de l’intégration est

un changement de paradigme qui s’inscrit à la fois dans la rupture et dans la

continuité :

- la continuité réside dans le fait que les savoirs et savoir-faire continuent d’être l’objet

d’apprentissage, l’élève étant au centre des activités.

- la rupture se situe à un autre niveau : ce sont les savoirs et savoir-faire qui servent

à résoudre des problèmes et des tâches qui sont sélectionnés, permettant de donner du

sens à l’apprentissage.

III La notion de compétence - formulation • Définition de la compétence

Il est évident que l’approche par compétences repose sur une nouvelle acception de la

notion de compétence. Le terme compétence lui-même est polysémique. Si dans la définition

des anciens programmes le terme a signifié aptitude, parfois capacité [2] et même

connaissance, dans l’approche par compétences il a une signification différente, qui viendrait

du milieu professionnel L’approche serait initialement retenue dans la formation

professionnelle et au niveau de l’entreprise [3]. Elle serait ensuite adoptée dans

6

l’enseignement technique plus proche du monde professionnel puis étendue à

l’enseignement général.

D’une revue critique de la littérature assez exhaustive on a pu retenir la définition suivante :

La compétence est un ensemble intégré de savoirs, savoir-faire , savoir-être qui

permettent, face à une catégorie de situations , de résoudre des problèmes ou des

tâches, de réaliser des projets .

Les savoirs, savoir-faire et savoir-être désignent ce que Roegiers appelle « ressources » [4]

Il ne suffit pas à l’apprenant d’acquérir des savoirs, savoir-faire et savoir-être isolés pour

pouvoir résoudre des problèmes. Il doit apprendre à mobiliser, à combiner judicieusement,

ou à intégrer ces ressources.

Intégrer des savoirs et des savoir-faire, c’est les utiliser de façon concrète dans des

situations de la vie courante. L’apprenant doit être capable de transférer ses apprentissages

du contexte scolaire à un contexte quotidien.

La situation cible correspond au contexte et aux conditions dans lesquelles s’exerce la

compétence.

Le problème en question doit être un problème auquel l’apprenant est confronté dans sa vie

quotidienne. C’est donc un problème complexe par essence mais qui a du sens pour lui

• Formulation d’une compétence

Comme pour les objectifs la compétence est formulée à l’aide de critères ; les éléments

constitutifs pour la formulation d’une compétence sont :

- l’emploi du verbe « intégrer »

C’est l’activité essentielle pour mobiliser les ressources; d’où la formulation « à l’issue de

l’année l’élève doit intégrer…. »

- l’indication des contenus

Il s’agit de préciser les connaissances et les savoir-faire sur lesquels portent les

apprentissages ponctuels,

- l’indication de la situation

Là il faut préciser l’environnement dans lequel se trouve l’enfant et où il doit exercer la

compétence.

- l’indication du résultat attendu : le problème ou de la tâche à résoudre

NB : souvent il n’est pas aisé de distinguer la situation et le problème ou la tâche (c’est à dire

le résultat attendu)

Exemple de formulation d’une compétence d’année :

A l’issue de la classe de troisième, l’élève ayant acquis les savoirs, savoir-faire et savoir- être

en mécanique (forces, conditions d’équilibre), doit les intégrer dans des situations familières

de résolution de problèmes de statique : prévision, réalisation, explication et exploitation

d’équilibres de solides.

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Remarques importantes

1. La compétence est une acquisition, c’est le résultat d’un apprentissage, il ne s’agit

pas d’un potentiel que détiendrait l’apprenant en dehors de tout apprentissage

2. Une compétence ne peut s’acquérir à court terme, à l’issue d’une séance ou d’une

leçon, en quelques heures; elle doit découler d’activités variées et mises à l’épreuve à

partir de situations relevant d’une famille de situations. Le problème à résoudre ou la

tâche à réaliser doit être complexe.

La compétence s’acquiert à long terme à l’issue d’une séquence pouvant durer des mois

ou plus …

Définir une compétence sur chaque leçon revient pratiquement à la PPO qui repose sur

le morcellement du savoir.

IV Pratiquer la pédagogie de l’intégration

La pédagogie de l’intégration repose sur la mise en place d’un processus d’enseignement

apprentissage qui ne se contente pas de cumuler des savoirs et savoir-faire.

Elle se développe en trois phases :

• Une phase d’acquisition des ressources.

Dans l’apprentissage par compétence, les savoirs, savoir-faire et savoir-être continuent à

être l’objet d’apprentissages ponctuels mais on met en priorité ceux qui se rapportent à la

compétence visée..

• .Une phase d’intégration :

Dans cette phase, il s’agit de faire apprendre à l’élève à mobiliser ses ressources dans des

situations cibles données pour résoudre des problèmes ou réaliser des tâches.

Il importe à ce niveau de préciser que l’approche par compétences ne dispense pas des

objectifs spécifiques. On continue à développer les objectifs en prenant soin toutefois de les

rendre significatifs afin que les élèves sachent à quoi servent les savoirs acquis.

Les objectifs généraux classiques de l’enseignement de la discipline trouvent encore toute

leur place dans la définition des programmes (cf. paragraphe VI).

Dans la pédagogie de l’intégration, seule une partie des apprentissages change par rapport

aux pratiques actuelles. En plus des apprentissages ponctuels qui visent l’acquisition des

ressources, des moments d’intégration sont aménagés. La pédagogie de l’intégration

n’élimine pas donc les pratiques actuelles, elle les complète plutôt. L’approche par

compétences affirme que sans tourner le dos aux savoirs, sans nier qu’il y ait d’autres

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raisons de savoir et de savoir-faire, il importe de relier les savoirs à des situations dans

lesquelles ils permettent d’agir au-delà de l’école [5].

• Une phase d’évaluation

Dans la pédagogie de l’intégration l’évaluation constitue un maillon essentiel du système

enseignement/apprentissage. Evaluer une compétence revient à demander à l’apprenant de

réaliser une tâche complexe dans une situation appartenant à la même famille que la

situation cible ayant servi à construire cette compétence.

Comme das les autres méthodes, dans l’APC, on envisage des moments d’évaluation

formative et des moments d’évaluation sommative.

De façon opérationnelle l’évaluation de la compétence se fait selon les étapes classiques

définition de critères, conception d’une situation d’évaluation, définition des indicateurs et

d’un barème de correction.

V Le nouveau programme (août 2008)

1 La nécessite de reconfigurer le programme de 99 .

L’état des lieux de la mise en application des programmes de 99 permet de relever des

points forts et les points à améliorer.

Si le programme de 99 est moderne, d’un niveau scientifique compétitif sur le plan

international, cohérent dans son ensemble avec une bonne progression, il reste à en adapter

le volume avec l’horaire prévu en allégeant certains chapitres et surtout à clarifier la logique

de compétences qui le fonde.

En effet, l’approche par compétences est différemment interprétée par les enseignants.

De fait, on relève une situation assez contrastée entre l’approche par compétences dictée

par les instructions officielles et la pédagogie par objectifs pratiquée sur le terrain par les

enseignants. Dès lors, il est apparu impératif de mieux formuler les compétences et

d’accorder au mieux la configuration du programme avec une entrée par les compétences.

La reconfiguration des programmes par rapport à l’approche par compétences, entreprise

par la commission nationale, a consisté à :

- préciser clairement les profils de sortie des élèves par la définition de compétences claires

et correctement exprimées,

- proposer, en relation avec les profils dégagés, des activités d’apprentissage significatives.

- mieux articuler les apprentissages d’un niveau à un autre.

A terme, les grandes lignes du programme qui découle de cette reconfiguration se

présentent comme décrit dans le paragraphe qui suit.

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2 La présentation du format du nouveau programme.

• Les compétences de cycle (OTI)

Dès le début, pour chaque cycle, sont précisées les compétences de cycle suivant les

différents domaines d’étude.

Les compétences de cycle définissent les profils de sortie des apprenants au terme d’un

cycle. Ce sont des macro compétences qui recouvrent l’ensemble des savoirs, savoir-faire

et savoir-être d’un cycle (deux ans pour le moyen, et trois pour le secondaire).

La compétence de cycle ainsi définie correspond à l’objectif terminal d’intégration (OTI )

défini par Deketele et Roegiers [4] et repris par Miled [6].

L’appellation « compétence de cycle » est retenue pour éviter toute confusion avec l’objectif

général qui, comme son nom l’indique, désigne dans la PPO, une intention pédagogique

générale.

Pour formuler cette compétence on se demande : à quel type de situations l’élève doit-il faire

face dans sa vie quotidienne et plus tard dans sa vie professionnelle ?

• Les compétences d’année

Pour chaque niveau, aussi bien en physique qu’en chimie, sont précisées les compétences

d’année déclinées des compétences de cycle et définissant le profil de sortie des apprenants

au terme de l’année.

• Le référentiel d’objectifs

Les chapitres sont déclinés en « référentiels d’objectifs » et en « commentaires ».

Le référentiel d’objectifs est un tableau à trois colonnes indiquant les objectifs, les contenus

d’enseignement et les activités d’apprentissage. On remarquera que la colonne des

compétences du programme de 99 est remplacée ici par une colonne des objectifs.

- Sur la colonne des « objectifs » sont formulés les objectifs spécifiques à atteindre.

- Les « contenus » sont articulés autours de quelques concepts clefs, des lois, des principes

et mesures ; ces contenus induisent les parties essentielles des différentes leçons.

- Dans la dernière colonne de la grille du référentiel sont précisées les « activités

d’apprentissage ». Les activités proposées sont diversifiées et peuvent aller de simples

observations à des expériences où les élèves manipulent réellement avec ou sans

l’assistance du professeur. L’option ainsi prise de proposer des activités d’apprentissage est

de centrer véritablement le cours sur les élèves.

• Les commentaires.

Les « commentaires » explicitent les contenus, en précisant les limites pour le niveau

d’étude considéré et proposent des approches et/ou des déroulements possibles qui

débutent par des activités préparatoires.

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- La place des activités préparatoires.

L’objectif visé par les activités préparatoires est de faire le lien du cours avec

l’environnement des élèves et leurs préoccupations quotidiennes.

Ces activités préparatoires sont menées par les élèves avant le cours; de préférence en

groupes pour susciter des conflits sociocognitifs entre eux. Elles sont diversifiées. Elles

peuvent être, entre autres, des recherches documentaires, des enquêtes, des visites

d’usines et de sites, de la confection de matériels didactiques, des expériences inédites.

L’exploitation des activités préparatoires en classe par l’enseignant permettra, entre autres,

d’introduire le cours, de recueillir les représentations des élèves sur l’objet du cours, de

connaître les obstacles sur lesquels ils ont buté et les questions qu’ils se posent.

Naturellement, l’enseignant, en toute connaissance de cause, devra user des moyens

pédagogiques qui permettent aux élèves de franchir ces obstacles et de répondre à leurs

interrogations.

- L’importance des activités d’intégration.

Les activités d’intégration donnent l’occasion aux élèves d’exercer la compétence dans des

situations cibles, donc de mobiliser leurs acquis pour résoudre le problème qui leur est posé.

Pour l’enseignant, il s’agit de placer les élèves devant une situation significative à travers

laquelle ils apprennent à intégrer leurs acquis.

Ces activités sont organisées en fin d’étape ou de cycle et correspondent à une phase

importante de la pédagogie de l’intégration par rapport aux pratiques actuelles centrées

essentiellement sur des apprentissages ponctuels.

A ce sujet, il importe de bien distinguer la situation d’intégration avec la situation didactique.

La situation d’intégration (situation cible, situation d’investissement) peut être considérée

comme une occasion d’exercer la compétence, ou comme une occasion d’évaluer la

compétence. Elle intervient en fin d‘étape ou de cycle. La situation d’intégration correspond à

une situation-problème complexe, et pas à un simple exercice.

La situation didactique elle, a pour fonction de développer de nouveaux apprentissages de

concepts, de ressources ; elle intervient dans le déroulement de la leçon.

Avertissements

Les activités préparatoires et les activités d’intégration formulées dans le document

programme sont des activités possibles parmi tant d’autres. Elles sont proposées à titre

indicatif.

Les propositions faites dans le document ne dispens ent pas l’enseignant de puiser de

son expérience et de son répertoire pour proposer d ’autres activités plus pertinentes

parce que mieux adaptées au contexte de son enseign ement.

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Pour des raisons de commodité, les activités dont les énoncés sont longs et comportent des

schémas ou des graphiques sont consignées à la fin du document (cf. recueil d’activités

d’intégration).

Remarque :

A la fin des domaines d’étude, sont indiquées des activités d’intégration possibles.

Les activités préparatoires et les activités d’intégration sont des activités d’apprentissage ;

elles sont formulées à l’attention des élèves.

3 Quelques modifications apportées dans les chapitr es.

• Modifications du programme du cycle moyen

Au niveau de la classe de 4ème

Dans le chapitre C2 qui traite de la structure de la matière, l’ion simple sera introduit comme

étant une entité chimique qui résulte de l’atome par un gain ou une perte d’un ou de

plusieurs électrons. Mais la présentation devra être simple (voir commentaires dudit

chapitre). La notation chimique de l’ion simple sera présentée à partir d’exemples.

L’existence des ions polyatomiques sera signalée et pour les exemples on se limitera aux

ions H3O+, HO-, SO4

2- ; NO3-, et PO4

3- .

Le principe d’écriture de la formule statistique d’un composé ionique sera expliqué à partir

d’exemples.

La présentation des ions complexes est hors programmes.

Au niveau de la classe de 3ème

En physique, la calorimétrie ne fait plus l’objet d’un chapitre. L’étude qualitative de la

calorimétrie sera intégrée dans le chapitre P7 qui traite des transformations d’énergie. On se

limitera à la transformation possible de l’énergie thermique en d’autres formes d’énergie. Les

calculs de quantités de chaleur absorbées ou cédées, de températures d’équilibre et les

mesures calorimétriques ne seront pas traités.

En chimie, l’introduction des ions dès la classe de quatrième entraîne des modifications sur

les chapitres C2 et C3 qui portent respectivement sur l’étude des acides et des bases et

celle des propriétés chimiques des métaux usuels

On présentera le caractère ionique des solutions acides et la présence, dans ces solutions,

de l’ion hydrogène que l’on notera H+ pour simplifier (cf. commentaires du chapitre C2).

Le caractère ionique des solutions basiques et la présence, dans ces solutions, de l’ion

hydroxyde aqueux que l’on notera HO-, seront également à présenter

Pour l’action des acides sur les métaux on écrira les équations ioniques d’interprétation et

les équations globales, exception faite de l’action de l'acide nitrique.

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• Modifications apportées sur le programme du seconda ire.

En attendant la généralisation effective de l’enseignement des sciences physiques en classe

de quatrième l’essentiel des contenus du programme du secondaire est maintenu.

Toutefois, quelques modifications sont apportées sur les programmes des classes de

première et de terminale scientifiques :

En classe de première S.

L’étude du condensateur (chapitre P8) sera traitée en première S même si le chapitre P9

relatif à l’amplificateur opérationnel n’est pas encore programmé, faute de matériels. L’étude

vise l’installation des connaissances de base relatives au condensateur (nature d’un

condensateur, symbolisme, opération de charge, décharge, capacité, relation entre charge et

tension aux bornes, énergie d’un condensateur) servant de pré requis pour l’étude complète

du dipôle (R, C) prévue en terminale.

En classe de terminale S.

- les chapitres P8 et P9 qui jadis traitent des phénomènes d’induction et d’auto induction sont

supprimés. Un nouveau chapitre intitulé « Induction magnétique - étude d’un dipôle (R, L) »

est introduit. Ce chapitre débute par une étude qualitative et sommaire du phénomène

d’induction et se termine par une étude complète de l’établissement /suppression du courant

dans une bobine (R, L).

- le chapitre P10 intitulé « condensateur » est dorénavant remplacé par « Etude d’un dipôle

(R, C). L’étude qualitative des condensateurs faite en classe de première est ici complétée

par l’étude expérimentale de la charge/décharge du dipôle (R, C) suivie d’une étude

théorique.

- les chapitres P11 et P13 relatifs aux oscillations électriques libres et oscillations électriques

forcées seront regroupés permettant de faire une étude systémique et synthétique des

oscillations électriques.

4 Les horaires .

Pour l’essentiel les horaires ont été maintenus aux différents niveaux même si à certains

endroits des modifications ont été apportées dans les programmes.

L’horaire est réparti en heures de classe entière (pour les cours, TP-cours et TD/devoirs) et

en heures de travaux pratiques où la classe est généralement répartie en groupes.

Conformément à l’esprit des programmes un poids important est accordé aux travaux

pratiques individuels et collectifs et aux TP cours (qui remplacent avantageusement les

cours théoriques), activités qui donnent l’occasion aux élèves de manipuler et par suite

d’acquérir un savoir faire expérimental (un des objectifs prioritaires de l’enseignement des

sciences expérimentales).

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Un horaire important doit être réservé aux TD parce que ceux ci complètent le cours et

constituent un moyen permettant de faire acquérir aux élèves une démarche de résolution de

problèmes.

Cycle moyen.

Dans le cycle moyen les programmes des classes de quatrième et troisième sont établis sur

la base d’un horaire hebdomadaire de 2 heures/élève par classe.

Cycle secondaire général.

Pour les classes de seconde et de première des séries scientifiques (S1, S2 et S3) les

programmes de sciences physiques ont été établis sur la base d’un horaire hebdomadaire

de 5 h élève et 7 heures professeur et cela pour une durée annuelle de 24 semaines soit 120

h d’enseignement par élève et 168 h professeur.

En terminale scientifique général S1 et S2 et en terminale scientifique technique S3 l’horaire

prévu est 6 h élève et 8 h professeur soit dans l’année 144 h /élève et 192 h/professeur.

Pour la série littéraire L2 les programmes des classes de seconde, première et terminale sont

établis sur la base d’un horaire de 2 heures élève et 4 heures professeur soit un horaire

annuel de 48 heures /élève et 96 heures/ professeur.

Cycle secondaire technique.

Le programme et l’horaire qui lui est réservé en série technique pour les sciences physiques

tiennent compte du fait que certaines parties de la discipline sont dispensées en technologie

(l’électromagnétisme et la mécanique y sont largement développées).

L’horaire imparti au programme de la série technique T1 et T2 est de 6h/élève en classe de

2ème, de 4h/élève en 1ère et de 3 h/élève en terminale.

Le tableau ci-après donne un récapitulatif de l’horaire hebdomadaire/élève pour l’ensemble

des séries.

CLASSE

HORAIRE HEBDOMADAIRE / ELEVE(h)

Cycle moyen Cycle secondaire général Cycle secondaire technique

4ème 2 S1 S2 L2 S3 T1 T2

3ème 2

2ème 5 5 2 5 6 6

1ère 5 5 2 5 4 4

Term 6 6 2 6 3 3

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VI Finalités et objectifs généraux.

La quête constante de l’amélioration de ses conditions d’existence oblige l’homme à

maîtriser les phénomènes physiques de la nature, ce qui l’amène à agir de manière

consciente et réfléchie sur celle-ci. D’où l’importance que jouent les sciences de la Nature et

de la Vie et les sciences de la Matière dans l’épanouissement même de l’homme et le

progrès universel.

VI-1) Les finalités .

Les classes de quatrième et seconde constituent à l’heure actuelle des classes d’initiation

aux sciences physiques. L’enseignement de cette discipline expérimentale vise à susciter

chez les élèves en question une vocation scientifique. L’acquisition d’un certain nombre de

savoirs, savoir-faire et de savoir-être contribue à les aider à avoir une vision assez complète

de leur environnement afin de pouvoir agir sur celui-ci tout en préservant son équilibre.

A partir de l’étude de phénomènes simples, il s’agit de développer chez les élèves :

- un esprit d’observation : le but recherché consiste à aiguiser la curiosité de l’élève,

à l’amener à s’intéresser d’avantage à son milieu, à rendre son esprit vif. Toutes ses facultés

sensorielles doivent se développer. Au cours de l’étude d’un phénomène il doit être attentif

au moindre changement.

- un esprit d’analyse : en utilisant son bon sens, l’élève doit découvrir lui-même les

grandeurs qui caractérisent un phénomène. Après chaque expérience, il doit être capable de

déduire l’influence de chaque grandeur physique sur le phénomène. Il doit être en mesure

d’organiser les étapes de la résolution d’un problème posé.

- un esprit de synthèse : en partant de l’influence de chaque grandeur physique sur le

phénomène l’élève doit pouvoir tirer les conclusions qui s’imposent et établir la loi physique.

Il doit connaître le domaine de validité d’une loi et les applications pratiques qui en

découlent.

- un esprit critique : l’élève doit se poser des questions sur le choix et la pertinence

d’une méthode expérimentale. Il doit pouvoir apprécier si les résultats d’une mesure sont

acceptables ou non. Il doit posséder le sens de l’ordre de grandeur. Si une expérience ne

marche pas, il doit pouvoir apporter des correctifs pour y remédier ou la changer.

- un esprit d’initiative : l’élève doit organiser ses connaissances à partir des objets

tirés de son milieu : artisanat, produits chimiques locaux (khémé ou soude locale, acide

local…). Il doit expliquer à son entourage le danger que représentent certains produits

chimiques, les mesures de sécurité à observer pour leur manipulation et leur utilisation,

comment préserver le milieu contre la pollution et la désertification, comment employer avec

précaution certains appareils (bouteilles de gaz, appareils électroménagers,..).

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- un esprit de créativité : à partir de matériel de récupération l’élève doit

confectionner du matériel didactique (support de dipôles, électrolyseurs…).

En définitive l’étude des sciences physiques doit contribuer à développer les facultés

mentales et intellectuelles de nos élèves. Elle doit les amener à se prendre en charge dans

le choix de leur future carrière. Ils pourront ainsi participer plus tard de manière harmonieuse

et responsable au développement de la nation.

VI-2) Les objectifs. Les objectifs de savoir : Il s’agit de :

- acquérir des connaissances théoriques : concepts, principes , théorèmes et lois,

- définir des grandeurs physiques,

- donner les unités des grandeurs physiques,

- connaître le matériel scientifique,

- acquérir le vocabulaire et le symbolisme scientifiques : nomenclature de la chimie,

noms et symboles des dipôles…,

- connaître la démarche scientifique,

- connaître les étapes de la résolution de problèmes,

Les objectifs de savoir-faire :

- Savoir faire théorique :

L’élève doit parvenir à :

- formuler des hypothèses pour expliquer un phénomène ou une expérience,

- interpréter voire critiquer le résultat d’une mesure

- faire le schéma correct d’une expérience : l’élève doit pouvoir utiliser les

représentations normalisées des appareils,

- utiliser le langage scientifique : l’élève doit utiliser des mots simples conformes au

vocabulaire scientifique,

- manipuler de façon adéquate l’outil mathématique : l’élève doit savoir utiliser la

proportionnalité , les puissances de 10, les équations du premier degré, les systèmes

d’équations, les relations trigonométriques, les conversions dans le système

métrique, l’équation d’une droite, le tracé d’une droite, le calcul de diverses grandeurs

physiques etc….,

- accéder aux connaissances par d’autres moyens : l’élève doit parfaire son savoir en

lisant des revues scientifiques et des textes sur l’histoire des sciences, en regardant

des films scientifiques à la télévision, en visitant des usines, des sites naturels et des

centres de recherche,

- utiliser un modèle physique : ex atome de Bohr, théorie corpusculaire de la lumière,

16

- organiser les étapes de la résolution d’un problème : l’élève doit assimiler les

méthodes de résolution des problèmes de sciences physiques en respectant les

différentes étapes,

- Savoir faire pratique :

L’élève doit parvenir à :

- réaliser un protocole expérimental à partir d’un schéma donné,

- mesurer une grandeur physique : l’élève doit connaître le principe de

fonctionnement d’un appareil et réaliser une bonne mesure en respectant les

mesures de sécurité nécessaires,

- confectionner du matériel didactique à partir du matériel et des produits locaux .

Les objectifs de savoir-être :

L’enseignement des sciences physiques a pour objectifs de doter l’élève d’un certain

comportement qui consiste à :

- rechercher la rigueur scientifique : l’élève doit avoir pour soucis constant la

recherche de la vérité. Il doit acquérir une honnêteté intellectuelle et morale. Il doit

être exigent envers lui même,

- posséder l’esprit de groupe : il doit apprendre à travailler en groupe en donnant le

meilleur de lui même,

- avoir le sens de responsabilité individuelle et collective : il doit pouvoir prendre ses

responsabilités au sein du groupe et assumer à la fois les responsabilités du groupe.

(Ex : au cours des travaux pratiques de groupe ou d’exposés collectifs l’élève doit

faire preuve d’esprit de groupe, il doit se sentir responsable de la qualité du travail

demandé),

- porter un jugement critique : à tout moment de son apprentissage et à l’occasion

d’accès aux connaissances par d’autres moyens ( films, cassettes vidéo..) l’élève doit

avoir l’esprit critique ; il doit également s’interroger et s’auto-évaluer régulièrement,

- prendre des initiatives tendant à se protéger, protéger les autres et son milieu :

l’élève doit être préparé à agir judicieusement, à tout moment, sur son environnement

pour le préserver,

- prendre des mesures de sécurité : l’élève doit utiliser les appareils et les produits

chimiques avec précaution

17

VII Objectifs spécifiques de l’enseignement des sci ences physiques

dans les séries littéraires (L 2)

L’enseignement des sciences physiques dans cette série entend surtout développer chez les

élèves une culture scientifique en montrant que le monde est intelligible.

Un petit nombre de lois physiques universelles permet d’expliquer la nature malgré sa

complexité apparente. En conséquence, dès le début on évitera de présenter la physique

comme une discipline incompréhensible et inaccessible. Au contraire l’analyse des

phénomènes pris dans le voisinage immédiat des élèves permet de les intéresser et de les

mettre en confiance. Ce n’est que progressivement que l’on abordera des exemples plus

compliqués.

Les programmes de physique et chimie de la série L2 s’appuient sur des thèmes

conducteurs : - pour la classe de seconde L il s’agit de traiter des thèmes « eau » en chimie,

« interaction et électricité domestique en physique » - en première L2 débutent les thème

« énergie » et « lumière » dont l’étude est complétée en classe de terminale L2 où on traite

également des « matières plastiques ».

Ces thèmes sont certes des supports pour assurer l’acquisition de connaissances pour la

discipline à travers des activités à caractère expérimental surtout. Mais ils constituent aussi

un moyen pour « coller » l’enseignement de la discipline à l’environnement immédiat de

l’élève et à ses préoccupations quotidiennes.

Par ailleurs ces thèmes permettent de développer des activités d’interdisciplinarité , de prise

de conscience de la nécessité de préserver l’environnement et de prendre des mesures de

sécurité pour la consommation de certains produits et médicaments et la manipulation de

divers appareils.

Tout au long de ce programme les élèves seront formés à des activités de recherche et

d’analyse de diverses sources d’informations (encyclopédies, manuels scolaires, livres, films,

cassettes vidéo, Internet). A l’occasion d’excursions ils pourront visiter des usines et des

sites naturels : stations de collecte, d’épuration d’eau, fabriques de boissons, centrales

électriques, station météo ….Ce qui permet des ouvertures sur des applications et surtout

des réalités extérieures à l’école (problèmes de traitement de l’eau, d’industrie alimentaire,

mouvements des objets célestes, problèmes des saisons, éclipses)

Le professeur veillera à enseigner des éléments d’histoire des sciences pour mettre en

valeur le caractère évolutif des connaissances et poser ainsi les premières bases

d'épistémologie.

18

VIII Objectifs spécifiques de l’enseignement des sc iences

physiques dans les séries techniques T 1 et T2 – Méthodologie.

Les objectifs spécifiques

Le profil de formation des élèves des séries techniques vise à :

- assurer la formation de techniciens pouvant entrer dans le secteur productif

immédiatement après le baccalauréat

- former des diplômés qui entreprendront des études supérieures pour embrasser des

carrières d’ingénieurs ou autres.

Ces deux exigences induisent des objectifs spécifiques de formation :

*Plus que dans les autres séries, l’enseignement des sciences physiques doit être

ouvert ici sur les techniques qui ont leur fondement dans cette discipline. Il doit faire

ressortir les relations transversales entre la physique, la chimie et les autres disciplines

principales de la série (technologie d’électricité, technologie de fabrication et construction

mécanique). Il doit en particulier mettre en exergue le fait que c’est grâce à la théorie et aux

recherches fondamentales que les applications et les techniques ont vu le jour et que celles

ci peuvent induire des besoins de recherche et d’approfondissement de la connaissance

scientifique.

*L’enseignement des sciences physiques doit permettre à tous les élèves

d’approfondir leur formation méthodologique notamment en développant leur maîtrise de la

démarche expérimentale, ce faisant il forme leur esprit à la rigueur et à la critique

intellectuelles

*Cet enseignement participe à la formation générale des élèves et leur assure une

culture scientifique indispensable à l’aube du troisième millénaire.

Les conseils méthodologiques.

Pour atteindre ces objectifs l’enseignement des sciences physiques devra s’appuyer

largement sur des activités pratiques et expérimentales. Celles ci donnent lieu à des activités

personnelles individuelles ou de groupes centrées sur les élèves.

Chaque professeur reste maître de l’ordonnancement du programme et de ses conceptions

pédagogiques.

Toutefois, pour tenir compte des liens étroits entre les différentes disciplines et surtout de

leur complémentarité, il est vivement recommandé que le professeur de sciences physiques

travaille en collaboration avec les professeurs de technologie et ceux qui assurent les

travaux pratiques.

Ainsi, dès le début de l’année, une programmation annuelle des enseignements pourrait se

faire d’un commun accord par les professeurs de la même classe.

19

MODALITES D’APPLICATION

1 Les nouveaux programmes de sciences physiques seront appliqués dans

les cycles moyen et secondaire général conformément au chronogramme

suivant :

Classes de 4 ème, 2ème S et 2ème L2 : entrée en vigueur à la rentrée 2008

Classes de 3 ème, 1ères S1, S2 et L 2 : entrée en vigueur à la rentrée 2009

Classes de Terminales S 1, S2 et L 2 : entrée en vigueur à la rentrée 2010

2 Pour la série technique, jusqu’à nouvel ordre le programme en vigueur reste

celui de 1999.

Ce 18 septembre 2008

Pour la commission nationale.

20

PROGRAMMES DE SCIENCES PHYSIQUESPROGRAMMES DE SCIENCES PHYSIQUESPROGRAMMES DE SCIENCES PHYSIQUESPROGRAMMES DE SCIENCES PHYSIQUES

DU CYCLE MOYENDU CYCLE MOYENDU CYCLE MOYENDU CYCLE MOYEN

Août 2008Août 2008Août 2008Août 2008

21

REFERENTIEL DE COMPETENCES DU CYCLE MOYEN.

DOMAINE

COMPETENCE DE CYCLE

Mécanique

A la fin du cycle moyen, l’élève ayant acquis les savoirs, savoir-faire et

savoir-être en mécanique (forces, conditions d’équilibre,

transformations d’énergie), doit les intégrer dans des situations de

résolution de problèmes d’équilibres de solides soumis à deux forces et

d’échanges d’énergie.

Electricité


savoir-être (électrisation, dipôles, circuits simples, lois du courant), doit

les intégrer dans des situations d’explication, de prévision ou de

propositions de solutions relatives à des problèmes simples

d’électrocinétique.

PHYSIQUE

Optique


savoir-être en optique (principe de propagation de la lumière, lois de la

réflexion, réfraction, dispersion, lentilles), doit les intégrer dans des

situations d’explication, de prévision ou de propositions de solutions

relatives à des phénomènes lumineux.

Structure de la matière


savoir-être sur la structure de la matière (mélanges, analyse immédiate,

entités chimiques), doit les intégrer dans des situations d’explication, de

prévision ou de propositions de solutions relatives à la matière.

CHIMIE

Quantités de matière - Transformations chimiques


savoir-être sur les transformations chimiques (transformations

chimiques, équation-bilan, bilan molaire), doit les intégrer dans des

situations familières de résolution de problèmes de chimie.

22

SOMMAIRE DU PROGRAMME DE QUATRIEME HORAIRE : 2 h / ELEVE

PROGRAMME DE PHYSIQUE.

CHAPITRE

Numéro Titre

Horaire(h)

P1 Introduction aux sciences physiques 2

P2 Grandeurs physiques et mesures 2

P3 Masse, masse volumique et densité 5

P4 Poids- Relation entre poids et masse. 5

P5 Introduction à l’électricité. 9

P6 Sources et récepteurs de lumière. 1

P7 Propagation rectiligne de la lumière 4

P8 Réflexion et réfraction de la lumière 2

Total . 30

PROGRAMME DE CHIMIE

CHAPITRE

Horaire(h)

Numéro Titre

C1 Mélanges et corps purs 6

C2 Structure de la matière 3

C 3 Mole et grandeurs molaires 3

C4 Réaction chimique 6

Total 18

23

REFERENTIELS ET COMMENTAIRES DU PROGRAMME DE QUATRI EME.

PROGRAMME DE PHYSIQUE

Les compétences d’année.

Compétence 1 :

A l’issue de la classe de quatrième, l’élève ayant acquis les savoirs, savoir-faire et savoir-

être sur les constantes physiques et grandeurs caractéristiques d’un corps (masse, masse

volumique densité, poids), doit les intégrer dans des situations familières de résolution de

problèmes : caractérisation, identification.

Compétence 2 :

A la fin de la classe de quatrième, l’élève ayant acquis les savoirs, savoir-faire et savoir-être

en électrocinétique (circuits électriques, effets du courant, intensité et tension électriques),

doit les intégrer dans des situations familières de résolution de problèmes liés aux circuits

électriques simples : explication, prévision, réalisation de circuits, fonctionnement de dipôles

simples.

Compétence 3 :


en optique (principe de la propagation rectiligne de la lumière, lois de Descartes pour la

réflexion, phénomène de réfraction), doit les intégrer dans des situations familières de

résolution de problèmes liés à la lumière et à son cheminement dans certains milieux

simples.

Les différents chapitres.

Chapitre P 1 : Introduction aux sciences physiques Durée : 2 heures Classe : 4ème

Objectifs d’apprentissage Contenus

Activités d'apprentissage

- Distinguer les phénomènes physiques des phénomènes chimiques. - Identifier les différents changements d'état, - Rappeler l’importance de la physique et de la chimie dans divers domaines

Sciences Physiques : exemple de sciences expérimentales Phénomènes physiques, phénomènes chimiques Etats de la matière ; changements d'états

- Observer des phénomènes physiques. - Observer des phénomènes chimiques. - Réaliser des Changements d'état.

24

Commentaires :

Activités préparatoires possibles

Thème : recherche documentaire sur sciences, sciences expérimentales, physique et chimie (leur domaine d’étude, leurs apports, leur intérêt)

Préciser l’objet de la physique et de la chimie. Dès l’introduction de ce chapitre l’élève doit

découvrir l’importance de la physique et de la chimie et par delà celle des sciences

expérimentales. Divers exemples permettront d’atteindre cet objectif : chimie et l’agriculture,

chimie et santé, chimie et environnement, physique et nouvelles technologies, etc.

L'observation de phénomènes physiques et chimiques tels que : mouvements, dilatation,

changements d'états, phénomènes lumineux, effets du courant électrique, dissolution du

sucre (saccharose) ou du sel (chlorure de sodium), effet du jus de citron ou du vinaigre sur le

calcaire, action de l'acide nitrique sur le cuivre (observer les mesures de sécurité

nécessaires)…permettra de dégager les notions de phénomène physique et de phénomène

chimique et les distinguer.

L'étude qualitative des changements d'états sera précédée d'un rappel sur les trois états de

la matière. Illustrer ces changements d'état physiques par des expériences simples telles

que la fusion, la vaporisation. Faire un schéma récapitulatif des différents changements

d'états.

Chapitre P 2: Grandeurs physiques et mesures. Duré e : 2 heures Classe : 4ème



- Choisir un instrument de mesure adéquat. - Savoir utiliser les puissances de dix (conversions, calculs). - Savoir critiquer une mesure. - Savoir présenter les résultats d'une mesure en notation scientifique.

Grandeurs physiques - Unités de mesures - Appareils de mesure - mesures Conversion des unités : utilisation des puissances de 10 Ordre de grandeur - vraisemblance des résultats Chiffres significatifs Notation scientifique

- Utiliser des instruments de mesure. - Effectuer correctement des mesures.

Commentaires


Recherchez les appareils de mesure utilisés fréquemment à domicile ou dans votre environnement immédiat et essayez de les utiliser en prenant les mesures de sécurité nécessaires, au besoin demander conseil. Amenez un certain nombre en classe

En s’appuyant sur les activités préparatoires, le professeur pourra introduire le cours et faire

faire des activités de consolidation en classe. A partir des mesures effectuées par les élèves,

avec des instruments ou appareils familiers (règle, verrerie graduée, chronomètre ou

25

montre…), dégager la notion de grandeur physique. Donner le symbole de la grandeur

physique et l'unité dans le système international (S.I). Donner les unités usuelles et les

conversions possibles et utiliser les puissances de 10. Montrer aux élèves que toute mesure

est entachée d'erreur, sans formules ni calcul d’incertitude. Insister sur les notions d'ordre

de grandeur, de chiffres significatifs (cf. guide du professeur) et de vraisemblance des

résultats (analyse critique). Ces notions seront renforcées au fil des chapitres. Initier les

élèves à la notation scientifique.

Chapitre P 3 : Masse, masse volumique et densité Durée : 5 heures Classe : 4ème



- Connaître différents types de balances. -Déterminer la masse d’un objet - Déterminer la masse volumique d'une substance homogène. - Utiliser la relation entre la masse, la masse volumique et le volume. - Vérifier la pureté d'un corps à partir de sa masse volumique. - Déterminer la densité relative. - Prévoir la disposition des constituants d'un mélange liquide hétérogène.

Masse - Balance - Définition - Unités - mesures Masse volumique Densité

- Utiliser une balance. - Utiliser rationnellement des masses marquées. - Déterminer la masse et le volume d'une substance homogène.

Commentaires


Thème : Faire des recherches sur les balances : types de balances, caractéristiques et utilisations courantes.

- Définir la masse comme grandeur caractéristique d'un corps : celle que l'on détermine à

l'aide d'une balance. Préciser que la masse est une grandeur constante. Donner l'unité du

système international de masse : le kilogramme (kg), ses multiples et ses sous-multiples.

- Définir la masse volumique d'une substance comme étant la masse d'une unité de volume

de cette substance. Donner son unité dans le système international (le kilogramme par mètre

cube). On adoptera la notation conventionnelle kg.m-3 à la place de l’écriture kg/m3. On

donnera quelques unités usuelles : kg.L-1, g.L-1, kg.dm-3, g.cm-3.

Préciser que la masse volumique est une grandeur caractéristique de la substance.

Déterminer expérimentalement la masse volumique de quelques substances homogènes

(entre autres par la méthode de l’éprouvette). Donner des exemples de valeurs numériques.

Introduire expérimentalement la notion de densité

26

- Définir la densité puis l’exprimer par le rapport de deux masses volumiques : ρρ

B

Ad BA =/ ;

ρB étant la masse volumique de la substance de référence. Signaler que pour les liquides et

les solides l'eau est en général prise comme référence, et pour les gaz, l'air. Indiquer

quelques applications : corps flottants, ballon à hydrogène qui monte dans l'air, liquides non

miscibles (leur disposition dans le mélange hétérogène) etc.

On fera un rappel systématique des formules de calcul des volumes de corps ayant une

forme géométrique régulière (sphère, cylindre, cube, parallélépipède).

Chapitre P 4 : Poids, relation entre poids et masse Durée : 5 heur es Classe : 4ème



- Identifier le poids comme grandeur vectorielle à partir de ses caractéristiques. - Représenter le vecteur poids d’un objet - Distinguer poids et masse d’un corps - Utiliser la relation entre le poids et la masse (P = m*g).

Poids - Mise en évidence - Définition - Caractéristiques - mesures, unités - Représentation vectorielle Relation entre poids et masse - Intensité de la pesanteur - unité de l’intensité de la

pesanteur

- Réaliser des expériences pour mettre en évidence le poids. - Utiliser un dynamomètre. - Déterminer le centre de

gravité d'un solide plat et mince

(homogène d’épaisseur

constante...

- Montrer expérimentalement que le rapport P/m est constant.

Commentaires


1. Masse ou poids ? Relevez sur différents objets de votre entourage les indications relatives à ces deux grandeurs. Quelles remarques peut-on faire ? 2 Masse et poids représentent-ils la même grandeur physique ? Si non quelle (s) différence(s) faire

entre ces deux grandeurs ?

- A partir de l'observation du mouvement de chute d'un corps (pierre, bille…) et de la déformation d'un ressort auquel est suspendu un corps, mettre en évidence le poids puis le définir. - Dégager expérimentalement les caractéristiques du poids (droite d'action, sens, point d'application : centre de gravité, intensité). - Présenter le dynamomètre comme appareil de mesure de l'intensité du poids. Donner l'unité du système international de l'intensité du poids : le newton (N). - Etablir expérimentalement la relation P = m*g, où g est l'intensité du champ de la pesanteur au lieu où se fait l'expérience. - Donner des valeurs de l’intensité de la pesanteur g en différents lieux pour montrer qu’elle est caractéristique du lieu et qu’elle varie d’un lieu à un autre - Insister sur la différence entre le poids et la masse : faire un tableau récapitulatif.

27

Chapitre P 5 : Introduction à l'électricité Durée : 9 heures Cla sse : 4ème



- Utiliser quelques dipôles. - Schématiser un circuit électrique. - Réaliser un circuit à partir du schéma. - Distinguer expérimentalement un conducteur d'un isolant. - Reconnaître les effets du courant électrique (dans divers appareils). - Indiquer le sens conventionnel du courant électrique. - utiliser un ampèremètre, - Utiliser un voltmètre - Placer un ampèremètre, un voltmètre dans le schéma d’un circuit électrique. - Utiliser la loi de l'unicité de l'intensité dans un circuit série. - Utiliser la loi des nœuds. - Utiliser les lois des tensions. - Prendre les précautions pour protéger les personnes et les appareils. - Appliquer et faire appliquer les consignes de sécurité liées au courant électrique.

Le courant électrique - Circuit électrique - Dipôles et symboles - Conducteurs et isolants

électriques - Circuit série, circuit parallèle - Effets du courant électrique :

calorifiques, lumineux, chimiques et magnétiques

- Sens conventionnel du courant

Intensité - Ampèremètre - unité internationale - Ordre de grandeur - Loi d'unicité - Loi des nœuds Tension - Voltmètre - unité internationale - Ordre de grandeur - Lois des tensions

Courant électrique et mesures de sécurité - Courant alternatif et courant

continu - Mesures de sécurité

- Réaliser plusieurs circuits permettant d'allumer une lampe. - Etudier le circuit d'une lampe de poche. - Intercaler dans un circuit électrique divers objets pour classer les substances qui les constituent en substances conductrices et substances isolantes. - Observer et décrire les effets qui accompagnent le passage du courant dans un circuit électrique. - Observer l'inversion du sens de certains effets quand les connexions aux bornes du générateur sont interverties. - Mesurer une intensité. - Vérifier les lois de l'intensité. - Mesurer une tension. - Vérifier les lois de la tension. - Recherche documentaire. (recommandé)

Commentaires


1 Recherchez dans votre environnement divers appareils et composants électriques, relevez les indications marquées sur ces appareils. Quelles grandeurs physiques évoquent ces indications ? 2 Pouvez vous faire fonctionner ces composants électriques ? Attention, pour des raisons de sécurité pour vous et pour éviter de détériorer ces appareils, demandez conseil et assistance à des connaisseurs avant de faire fonctionner ces appareils. 3 Court circuit, courant continu, courant alternatif, fusible, disjoncteur, prise de terre : rechercher la signification et éventuellement le rôle s’il s’agit d’appareil.

Le chapitre étant vaste il est conseillé de le scinder en deux parties :

- Généralités sur le courant électrique.

- Intensité et tension électriques.

28

La leçon pourrait être introduite par l'observation d'un objet technique tiré de l’environnement

de l’élève tel que la lampe de poche… Par la suite, les élèves apprendront à réaliser des

circuits simples à partir de dipôles (pile, lampe, électrolyseur, moteur). On mettra à profit les

activités préparatoires

- La notion de circuit est abordée à partir de l'environnement de l'élève (lampe de poche).

- Donner le symbole de quelques dipôles. Faire réaliser des circuits à partir de schémas

normalisés.

- Mettre en évidence expérimentalement les notions de conducteur et d'isolant électrique,

l'interrupteur peut être introduit à ce niveau.

- Donner le sens conventionnel du courant.

- La nature du courant électrique est hors programme.

- Introduire les notions de tension et d'intensité de manière expérimentale. L'intensité est

définie comme une grandeur mesurée par un ampèremètre, son unité est l'ampère (A). La

tension est définie comme une grandeur mesurée par un voltmètre, son unité est le volt (V).

- Insister sur le mode de branchement de l'ampèremètre et du voltmètre, le choix du calibre

et la lecture.

- Introduire le multimètre comme appareil de mesure d'intensité et de tension électriques.

- Montrer expérimentalement la loi d'unicité de l'intensité dans un circuit série, la loi des

nœuds dans un circuit parallèle et la loi des tensions.

- Faire la distinction entre le courant continu et le courant alternatif.

La partie relative à la sécurité peut être traitée sous forme d'exposé : insister sur les mesures

de sécurité que requiert l'utilisation du courant électrique (rôle du fusible, du disjoncteur et de

la prise de terre….)

Chapitre P 6 : Sources et récepteurs de lumière Durée : 1 heure Cl asse : 4ème



- Distinguer une source primaire (réelle) d'une source secondaire (apparente). - Distinguer les sources des récepteurs de lumière.

Sources réelles (ou primaires) de lumière Sources apparentes (ou secondaires) de lumière Récepteurs de lumière

- Observer des sources lumineuses. - Utiliser des sources de lumière. - Observer le comportement d'un récepteur dans l'obscurité et sous la lumière.

Commentaires :


1 Considérez les objets qui meublent le salon de votre maison (ou votre chambre). Les classer en

objets qui produisent la lumière et en objets qui reçoivent la lumière.

2 A quelle(s) condition (s) ces objets vous sont visibles ?

29

- Partir du vécu de l'élève ; par exemple l'obscurité (de nuit dans une salle close), on ne voit

rien. Le fait d'allumer une lampe ou une allumette permet de voir la lampe ou la flamme,

mais aussi les objets environnants.

- Dégager les concepts de source réelle ou primaire (filament de la lampe ou flamme),

source secondaire ou apparente (objets environnants) et de récepteur de lumière.

- Donner ensuite d'autres exemples de sources et les classer en :

sources réelles (ou primaires) : Soleil, étoiles, corps incandescents, luciole… qui

produisent la lumière.

Sources apparentes (ou secondaires) : Lune, planètes…qui renvoient la lumière.

- Faire remarquer que certaines sources sont naturelles (Soleil, Lune, étoile, luciole…),

d'autres artificielles (lampe, bougie…).

- Réaliser une expérience montrant le comportement d'un récepteur : sous l'effet de la

lumière, un récepteur subit une transformation.

- Donner des exemples de récepteurs :

récepteurs naturels : feuilles des plantes chlorophylliennes, œil…

récepteurs artificiels : pellicules photographiques, chlorure d'argent, lunettes

photosensibles…

- Faire la distinction entre source apparente et récepteur de lumière.

Chapitre P 7 : Propagation rectiligne de la lumière Durée : 4 heur es Classe : 4 ème



- Identifier des milieux transparents, translucides et opaques. - Expliquer la formation des ombres et des pénombres. - Expliquer le phénomène d'éclipse.

Propagation rectiligne de la lumière - Faisceaux lumineux (convergent, divergent, cylindrique) - Rayon lumineux - Milieu homogène - Milieu transparent, translucide, opaque - Vitesse ou célérité de la lumière - Année lumière Ombres et pénombres - Ombre propre et ombre portée - Pénombre propre et pénombre portée Applications - Visée - Chambre noire - Eclipses

- Utiliser le "Kitoptic". - Utiliser le banc d'optique. - Déterminer

expérimentalement le caractère transparent, translucides et opaques d’un milieu.

- Visualiser sur un écran l'ombre portée et la pénombre portée d'un objet. - Déterminer la hauteur d'un objet par visée. - Réaliser des visées. - Confectionner une chambre noire à partir d’un matériel local.

30

Commentaires


Chercher une boîte opaque. Découper l’une des faces et la remplacer par un verre dépoli de même dimension (ou du papier huilé). Percer une très petite ouverture sur la face opposée au verre dépoli. Orienter l’ouverture vers un objet tel qu’une bougie allumée. décrire ce que l’on observe sur le verre dépoli. Interpréter.

- A partir d'expériences simples (observation d'une source lumineuse à travers de petites

ouvertures percées dans des écrans opaques, boîte à fumée…), montrer la propagation

rectiligne de la lumière et définir les différents milieux (transparent, translucide et opaque).

- On introduira expérimentalement les notions de faisceau lumineux (convergent, divergent

et cylindrique), pinceau et rayon lumineux.

- A partir de l'éclairement d'un objet opaque (ballon…) par une source lumineuse, visualiser

sur un écran les ombres et pénombres portées que l'on distinguera respectivement de

l'ombre propre et de la pénombre propre.

- On leur expliquera la formation des images dans une chambre noire. On demandera, si

possible à chaque élève, de réaliser une chambre noire.

- A titre d'application on leur expliquera les éclipses de Lune et de Soleil.

- On donnera la valeur approchée de la vitesse de la lumière dans le vide (300000 km.s-1)

ainsi que la définition de l'année lumière pour exprimer des distances astronomiques dont on

donnera quelques exemples.

- On pourra déterminer les dimensions d'un objet (arbre, immeuble,…) par visée en

utilisant des aiguilles ou une règle.

Chapitre P 8 : Réflexion et réfraction de la lumière Durée : 2 heu res Classe : 4ème



- Utiliser les lois de la réflexion. - Construire l'image d'un objet donné par un miroir plan. - Donner les caractéristiques de l'image d'un objet réel donnée par un miroir plan. - Appliquer la réflexion et la réfraction dans la vie courante.

Réflexion de la lumière - Réflexion diffuse et réflexion spéculaire - Miroir plan - Milieu réfringent - Point d'incidence - Rayon incident, rayon réfléchi - Angle d'incidence, angle de réflexion - Lois de Descartes pour la réflexion - Objet réel - Image virtuelle Réfraction de la lumière - rayon réfracté, - Angle réfracté Applications

- Utiliser le "Kitoptic" ou équivalent. - Utiliser le « dispositif avec tableau magnétique ». Réaliser l'expérience des deux bougies. - Réaliser des expériences de réfraction (exemple du bâton brisé).

31

Commentaires


Thème : Recherche documentaire sur la formation des images.

- On mettra d'abord en évidence la réflexion diffuse, puis la réflexion spéculaire (c'est à dire

par un miroir) puis on les distinguera. On pourra en profiter pour définir les miroirs plans.

- On fera ensuite une étude expérimentale pour définir les concepts (rayon incident, rayon

réfléchi…) et vérifier les lois de Descartes pour la réflexion.

- Le phénomène de réfraction sera abordé expérimentalement, mais aucune formulation

mathématique ne doit être faite ; on ne parlera pas des indices de réfraction. Par la

suite, on montrera la réflexion totale.

- Comme applications on expliquera les reflets, les fibres optiques, les fontaines lumineuses,

le four solaire, mirages, périscope, pêche au harpon…

Activités d’intégration possibles

1 Perdre du poids sans changer de masse.

L’agence de voyage “ Expérience inédites ” propose dans son dépliant une véritable

révolution en matière de cure d’amaigrissement. Ce nouveau type de régime propose aux

voyageurs une méthode qui marche à coup sûr : Perdre du poids sans changer de masse.

Il faut signaler aussi qu’une expertise faite par une équipe de physiciens cautionne cette

méthode. C’est la preuve que la nouvelle méthode marche pour tout le monde

En intégrant les acquis du cours dire si cette méthode est plausible ou non.

2 Etude de la lampe torche (si ce n’est pas fait e n cours).

Ouvrir une lampe torche et identifier les éléments constitutifs de la lampe.

A l’aide d’un schéma utilisant des symboles normalisés expliquer le fonctionnement de la

lampe.

3 Simulation d’une installation domestique.

Faire un schéma illustrant l’installation électrique de votre domicile.

Soit à simuler cette installation en classe. Pour cela faire l’inventaire du matériel nécessaire

et réaliser le montage.

4 Se mirer Très tôt le matin, après le bain, vous vous mettez devant un miroir pour achever votre

toilette. La lampe étant allumée, vous apercevez votre image. Mais brusquement, il y a

coupure de courant et la toilette se trouve ainsi interrompue.

Mettre au point une démarche permettant d’expliquer les faits observés et de vérifier les lois

qui régissent le phénomène physique en jeu.

32

Les compétences d’année en chimie

Compétence 4 :


sur la structure de la matière (mélanges, analyse immédiate, élément, atomes, molécules et

ions), doit les intégrer dans des situations familières de résolution de problèmes : séparation

de mélanges, traitement de l’eau, identification des éléments constitutifs un corps pur dans

des cas simples.

Compétence 5:


sur les transformations chimiques (caractéristiques des transformations, équation-bilan,

bilan molaire) dans des situations familières de résolution de problèmes : détermination du

degré de pureté d’une substance, préparation de produits

Les chapitres.

Chapitre C 1 : Mélanges et corps purs Durée : 6 heures Classe : 4 ème



- Distinguer mélange homogène et mélange hétérogène. - Connaitre quelques méthodes de séparation. - Caractériser l'eau par ses constantes physiques. - Distinguer corps pur simple et corps pur composé. - Distinguer mélange et corps pur.

Mélange - Mélange hétérogène - Mélange homogène Méthodes de séparation - Décantation - Filtration - Distillation fractionnée - Congélation fractionnée Corps purs - constantes physiques - critères de pureté Corps purs composés corps purs simples Divers exemples de mélanges et de méthodes de séparation - Mélange gazeux : air - Mélange solide : fer- soufre - Mélange liquide (liquides non miscibles, liquides miscibles) - Mélange liquide- gaz Distinction entre mélange et corps pur

- Observer de l’eau naturelle. - Réaliser des expériences de séparation des constituants d’un mélange. - Réaliser l’électrolyse et la synthèse de l'eau. - Réaliser l’analyse qualitative et quantitative de l'air.

33

Commentaires :


Faire des recherches sur :

- Le traitement de l’eau.

- Le cycle de l’eau.

- Définir la notion de mélange à partir d'une eau boueuse et salée.

- Réaliser la décantation et définir un mélange hétérogène (mélange dont on peut distinguer

certains constituants à l'œil nu).

- Réaliser la filtration et définir un mélange homogène.

- Réaliser la distillation du filtrat pour définir un corps pur (impossibilité d'en extraire deux

fractions différentes). Introduire des critères de pureté en utilisant les constantes physiques

de l'eau (masse volumique, température d'ébullition, température de fusion). Donner d'autres

exemples de mélanges (dont l’air) et d'autres méthodes de séparation (tri, tamisage…)

- Tout au long des expériences, familiariser les élèves avec le matériel de chimie et donner

les consignes de sécurité (fragilité de la verrerie).

- A partir d'un circuit simple, réaliser l'électrolyse de l'eau. Noter l'apparition de gaz aux

électrodes et leur proportion à tout instant. Identifier expérimentalement ces deux gaz (le

dihydrogène qui provoque une légère détonation au contact d’une flamme et le dioxygène

qui ravive un point incandescent.

- En déduire que l'eau qui a donné naissance à ces deux gaz est un corps pur composé. Le

dihydrogène et le dioxygène sont des corps purs simples. Définir alors les notions de corps

pur simple et de corps pur composé.

- A partir d'expériences simples, procéder aux analyses qualitative et quantitative de l'air.

Donner les constituants majoritaires : diazote (78%), dioxygène (21%) et les constituants

minoritaires : 1% en volume vapeur d’eau, dioxyde de carbone ou gaz carbonique et gaz

rares (argon, hélium, néon, krypton…). Montrer la présence de vapeur d'eau dans l'air

(condensation sur la bouteille sortie du réfrigérateur) et dioxyde de carbone ou gaz

carbonique (respiration, photosynthèse, trouble l'eau de chaux longtemps exposée à l'air).

34

Chapitre C 2 : Structure de la matière Durée : 3 heures Classe : 4 ème



Citer les entités chimiques constituant la matière (atomes, molécules, ions simples : ions positifs et ions négatifs ) - Donner l'ordre de grandeur des dimensions et masses des atomes et des molécules. - Mettre en évidence quelques éléments chimiques. - Donner la notation chimique (éléments, corps purs, ions) - Utiliser une formule chimique. -Distinguer un corps pur simple d'un corps pur composé - utiliser des modèles moléculaires.

Structure de la matière - Discontinuité de la matière - Molécule - Atome - Ion simple, - Ion polyatomique - Elément chimique Notation chimique - Symbole des éléments - Formule d'un corps pur Modèle atomique et moléculaire

-Mettre expérimentalement en évidence la discontinuité de la matière. - Mettre expérimentalement en évidence l’élément chimique - Ecrire la formule d'un corps pur. - Ecrire la formule d’un composé ionique. - Construire des modèles moléculaires. - Distinguer un corps pur simple d'un corps pur composé à partir de la composition, de la formule.

Commentaires


Faire des recherches sur l’historique de l’atome : sens étymologique, découverte des particules

subatomiques, modèles d’atomes.

- Le caractère discontinu de la matière sera dégagé à partir d'observations dans la vie

courante : exhalaison d'odeur, dispersion d'un colorant …

- La notion de molécule sera dégagée à partir d'une division successive de l'eau distillée.

- En utilisant les résultats de l'électrolyse de l'eau, on admettra que la molécule d'eau est

constituée d'atomes d'oxygène et d'hydrogène.

- A partir d'expériences de mise en évidence du carbone dans plusieurs échantillons de

matière (bois, pétrole, papier, sucre, alcool…), on introduira la notion d'élément chimique.

- On distinguera un corps pur simple d'un corps pur composé par la nature et le nombre des

atomes qui le constituent. On montrera la nécessité de représenter ces atomes par des

symboles et les corps purs par des formules. On donnera les formules de quelques corps

purs usuels.

- Apprendre aux élèves que l’atome comprend un noya u central chargé positivement

et des électrons chargés négativement qui gravitent autour du noyau et qu’à l’état

fondamental (normal) la charge des électrons compen se celle du noyau. Et que par

35

perte ou gain d’un ou de plusieurs électrons l’atom e donne un ion positif ou un ion

négatif. On ne représentera pas la structure électr onique de l’atome par des modèles.

La notation des ions sera donnée.

Introduire l’ion polyatomique et se limiter aux exe mples suivants : H 3O+, HO-, SO4

2- ;

NO3-, et PO4

3-

Ne pas traiter des ions complexes.

On donnera des exemples familiers de composés ioniques. On expliquera le caractère

neutre de tout composé ionique. On traduira les composés ioniques par des formules

statistiques dont on expliquera le principe d’écriture

- La construction et l'utilisation de modèles moléculaires permettront la description des

structures des corps familiers.

Chapitre C 3 : Mole et grandeurs molaires Durée : 3 heures Classe : 4ème



- Distinguer les différentes grandeurs molaires et leurs unités - Déterminer la masse molaire d'un corps pur - Exprimer une quantité de matière par :

MV

vn

M

mn == ;

- Exprimer la densité d’un gaz - Lier le volume molaire d'un gaz aux conditions de température et de pression. - Distinguer les deux significations d'une formule chimique.

La mole - Unité de quantité de matière - Constante d'Avogadro Masse molaire - Masse molaire atomique - Masse molaire moléculaire Volume molaire - Loi d'Avogadro- Ampère - Volume molaire Densité d'un gaz par rapport à l'air

- Utiliser un extrait du tableau de classification périodique des éléments (les masses atomiques). -Calculer la masse molaire d'un corps pur à partir de sa formule. -Utiliser les relations :

29

Mdet

V

vn;

M

mn

M

===

- Etablir la relation 29

Md = .

Commentaires


1. Pouvez vous compter le nombre de grains de mil d’une récolte ? Expliquez comment on estime

cette récolte.

2. Combien d’atomes de fer y a – t -il dans un échantillon d’un mètre cube sachant que la masse

volumique du fer est de 7,8 g. cm-3 et que la masse d’un atome de fer est de 8,9.10-23 kg ?

- On pourrait, à partir de l'estimation d'une production (agricole, industrielle…) à grande

échelle, montrer la nécessité de choisir une unité appropriée (sac, caisse…). Par analogie,

on montrera la nécessité du choix d'une unité de quantité de matière pour les très petits

36

"corpuscules" que sont les atomes, les molécules. On définira la mole (mol) sans faire

référence à l'atome de carbone. On donnera la constante d'Avogadro. On précisera à la fois

les entités qui définissent la mole.

- On définira la masse molaire atomique et la masse molaire moléculaire, on donnera l'unité

du système international (kg.mol-1) et l'unité usuelle (g.mol-1).

- Qualitativement on pourra montrer que le volume d'une masse invariable de gaz à la

pression atmosphérique est fonction de la température.

- On énoncera la loi d'Avogadro- Ampère. On précisera le volume molaire dans les

conditions normales de température et de pression, son unité du système international

(m3.mol-1) et son unité usuelle (L.mol-1). A l'aide des formules des corps chimiques courants

(eau, dioxygène, dihydrogène, dioxyde de carbone…) on fera des calculs de masses

molaires.

- On établira l'expression de la densité d'un gaz par rapport à l'air : 29

Md = (M est la masse

molaire du gaz exprimée en g.mol-1). Les élèves seront amenés à utiliser les relations

:29

Mdet

V

vn;

M

mn

M

===

Chapitre C 4 : Réaction chimique Durée : 6 heures Classe : 4 ème



- Distinguer les réactifs des produits d'une réaction chimique. - Donner la signification d'une réaction chimique. - Utiliser la loi de conservation de la matière. - Ecrire l'équation-bilan d'une réaction chimique. - Donner la signification de

l'équation-bilan (échelles

macroscopique et

microscopique).

- Résoudre des problèmes de chimie sur les réactions chimiques. - Prendre des mesures de sécurité par rapport aux dangers de certaines réactions chimiques.

Réaction chimique - Exemples de réactions chimiques - Réactif - Produit Caractéristiques d'une réaction chimique - Aspect énergétique - Loi de Lavoisier Equation-bilan d'une réaction chimique - Ecriture. - Interprétation. Application : résolution de problèmes de chimie

- Réaliser des exemples de réactions chimiques (combustions du carbone dans le dioxygène, actions fer- soufre ; acide chlorhydrique - calcaire…). - Ecrire les équation-bilan de ces réactions Faire une recherche documentaire. - Appliquer la démarche à suivre pour résoudre un problème de chimie par la méthode du nombre de mole

37

Commentaires


Thèmes (exploitation sous forme d’exposés) :

1. Pollution liée aux transformations chimiques.

2. Protection de l’environnement et mesures de sécurité à l’encontre de la production de substances

nocives.

- A partir d'expériences simples telles que les combustions du carbone dans le dioxygène et

du mélange fer- soufre, de l'action de l'acide sur le calcaire, on dégage la notion de réaction

chimique. D'autres exemples de réactions chimiques seront données (électrolyse et

synthèse de l'eau …)

- On insistera sur la différence entre phénomène physique et phénomène chimique.

- A partir d’exemples on définira les réactions exothermique, endothermique et athermique.

- La loi de conservation de la matière sera vérifiée expérimentalement.

- Les élèves apprendront à représenter une réaction chimique par une équation- bilan

équilibrée.

- A travers des exemples on initiera les élèves à la démarche de résolution d'un problème de

chimie.

- La résolution du problème de chimie par le bilan molaire (proportionnalité des quantités de

matière de réactifs et produits mises en jeu) est à systématiser. (cf. fiche méthodologique).

Activités d’intégration possibles.

1 Détermination du degré de pureté du zinc

Un laborantin dispose de 20 g de zinc impur. Pour déterminer le degré de pureté de

l’échantillon, il se propose d’utiliser l’action de l’acide chlorhydrique (H+ + Cl-).

La réaction produit du dihydrogène et du chlorurure de zinc (ZnCl2).

1 Décrire le protocole expérimental, schémas à l’appui et expliquer précisément les étapes à

suivre.

2 Trouver le degré de pureté du zinc si la concentration de l’acide utilisé est de 0,40 mol.L-1

et le volume de gaz recueilli dans les conditions normales de 5 L.

3 Evaluer le volume minimal d’acide que le laborantin doit avoir utilisé.

M(Zn) = 65 g.mol-1

2. Traitement de l’eau naturelle.

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SOMMAIRE DU PROGRAMME DE TROISIEME HORAIRE : 2 h / ELEVE


CHAPITRE Numéro Titre

Horaire (h)

P1 Lentilles minces 4

P2 Dispersion de la lumière 2

P3 Forces 3

P4 Travail et puissance mécaniques. 3

P5 Electrisation par frottement, le courant électriqu e. 4

P6 Résistance électrique. 6

P7 Energie et rendement. 2

Total 24

PROGRAMME DE CHIMIE

CHAPITRE

Horaire(h)

Numéro Titre

C1 Notion de solution 6

C2 Acides et bases 4

C 3 Quelques propriétés chimiques des métaux 4

C4 Les hydrocarbures 4

Total 18

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REFERENTIELS ET COMMENTAIRES DU PROGRAMME DE TROISI EME

PROGRAMME DE PHYSIQUE Les compétences d’année en physique

Compétence 1 :

A la fin de la classe de troisième, l’élève doit intégrer les savoirs, savoir-faire et savoir- être

acquis en optique (phénomène de dispersion, lentilles minces) dans des situations

familières de résolution de problèmes liés à des phénomènes lumineux : explication du

fonctionnement d’appareils utilisant les lentilles minces, explication de phénomènes liés à la

dispersion………..

Compétence 2

A l’issue de la classe de troisième, l’élève ayant acquis les savoirs, savoir-faire et savoir-

être en mécanique (forces, conditions d’équilibre) doit les intégrer dans des situations

familières de résolution de problèmes de statique : prévision, réalisation, explication et

exploitation d’équilibres de solides ..

Compétence 3 :

A la fin de la classe de troisième, l’élève ayant acquis les savoirs, savoir-faire et savoir-être

en électricité, doit les intégrer dans des situations familières de résolution de problèmes :

fonctionnement de dipôles simples ; installation électrique.

Compétence 4

A l’issue de la classe de troisième l’élève ayant acquis les savoirs, savoir-faire et savoir-

être sur l’énergie (différentes formes d’énergie, leurs transformations réciproques) doit les

intégrer dans des situations familières de résolution de problèmes.

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Les chapitres.

Chapitre P 1 : Les lentilles minces Durée : 4 he ures Classe : 3ème



- Donner les symboles des lentilles minces (convergente et divergente). - Identifier une lentille. Donner les caractéristiques d’une lentille. - caractériser les images. - Expliquer les différentes anomalies de la vision et leur correction. - Utiliser une lentille convergente.

Lentilles minces Lentilles convergentes, divergentes - Axe optique - Centre optique - Foyer objet - Foyer image - Distance focale - Vergence - Objet réel - Image réelle - Image virtuelle - Image droite - Image renversée - Grandissement Applications - Anomalies de la vision et correction - Loupe - Objectif photographique - Projecteur de diapositives

- Utiliser un kit et/ou un banc d'optique. - Mise en évidence du foyer image d'une lentille convergente. - Déterminer expérimentalement les caractéristiques d'une lentille mince (centre optique, foyers et distance focale). - Construire l'image donnée d'un objet réel par une lentille convergente. - Construire l'image donnée d'un objet réel situé en avant du foyer image d'une lentille divergente. - Faire une mise au point. - Déterminer, à partir d'une construction, les caractéristiques de l'image donnée par une lentille divergente (objet en avant du foyer image. - Utiliser une lentille convergente en loupe. - Déterminer un grandissement.

Commentaires


Faire des recherches sur :

1. L’œil, anomalies, verres correcteurs.

2 La loupe, objectif photographique, le microscope.

- Partir d'objets familiers tels que les verres correcteurs, la loupe, les jumelles... pour aborder

la leçon.

- rappeler la propagation rectiligne de la lumière, le principe de la chambre noire et les

notions de géométrie (dont la symétrie).

- En TP, distinguer les lentilles convergentes des lentilles divergentes par leur action sur un

faisceau parallèle ou cylindrique (utiliser un kit d'optique).

41

- Mettre en évidences les caractéristiques des lentilles : foyer objet, foyer image, distance

focale. A partir de la distance focale f, donner la vergence c, et son unité : la dioptrie (δ) ;

préciser que ces deux grandeurs sont positives pour les lentilles convergentes et négatives

pour les lentilles divergentes.

- Mettre en évidence l'image d'un objet réel par une lentille convergente; distinguer 2 cas :

. objet placé entre l'infini et le foyer objet.

. objet placé entre le foyer objet et la lentille.

- Mettre en évidence l'image donnée d'un objet par une lentille divergente ; se limiter au

seul cas où l'objet est situé en avant du foyer ima ge de la lentille.

- Construire l'image donnée d'un objet réel par une lentille convergente ; déterminer

graphiquement ses caractéristiques (réelle/ virtuelle/, droite/ renversée, plus grande/ plus

petite / égal), définir le grandissement et le comparer à l’unité.

- Construire l'image donnée d'un objet réel par une lentille divergente (objet en avant du

foyer image), déterminer graphiquement ses caractéristiques et le comparer à l’unité.

- La relation de conjugaison et les associations de l entilles sont hors programme .

- Citer quelques applications des lentilles : verres correcteurs (myopie, hypermétropie,

presbytie), loupe, objectif photographique, lentilles de projection.

Chapitre P 2 : Dispersion de la lum ière Durée : 1 heure Classe : 3ème



- Donner l'ordre de dispersion de la lumière. Expliquer la couleur des objets. - Expliquer qualitativement la formation l'arc-en-ciel.

Phénomène de dispersion Spectre de la lumière : ordre de dispersion Lumière monochromatique Lumière polychromatique Applications Recomposition de la lumière

- Réaliser une expérience de dispersion de la lumière. - Réaliser une expérience de recomposition de la lumière

Commentaires


Faire des recherches sur les thèmes :

1. Les couleurs

2. L’arc – en –ciel

- Au moyen d'objets divers (prisme, verre d'eau légèrement incliné, bulles de savon...) faire

observer le phénomène de dispersion (décomposition de la lumière blanche en plusieurs

couleurs).

- faire noter l'ordre de dispersion de la lumière blanche.

42

- dégager qualitativement les conditions d'obtention de la dispersion : lumière tombant sur

des faces non parallèles d'un milieu transparent, réfractions (au moins deux réfractions). Ne

pas donner de valeurs d'angle d'incidence.

- Définir :

• Spectre lumineux continu

• Lumière monochromatique (formée d'une seule couleur)

• Lumière polychromatique

L'étude des indices de réfraction est hors programm e.

- Pour les applications, expliquer la formation de l'arc-en-ciel en se contentant de dire que la

lumière se réfracte (au moins deux fois) dans les gouttes d'eau et subit une dispersion

comme pour un prisme, l'irisation d'une goutte d'essence ou d'huile à la surface de l'eau.

- Montrer que la couleur d'un objet peut changer en fonction de la lumière qui l'éclaire.

- Montrer expérimentalement la recomposition de la lumière à l'aide d'une lentille

convergente ou du disque de Newton.

Chapitre P 3 : Forces Durée : 3 heures Classe : 3ème



- Définir une force à partir de ses effets. - Donner l'unité internationale d'intensité de force. - Donner des exemples de forces et les classer. - Représenter un vecteur force. - Donner les caractéristiques de différentes forces (Poids, tension d'un fil, réaction d'un support). - Donner des exemples de solides en équilibre sous l'action de deux forces. - Appliquer les conditions nécessaires d'équilibre d'un solide soumis à deux forces.

Enoncer le principe des actions réciproques

Forces - effets statiques, effets dynamiques - Types de forces - Exemples de forces - Caractéristiques d'une force - Unité d'intensité de force - Représentation vectorielle Equilibre d'un solide soumis à l'action de deux forces - Notion d'équilibre - Conditions nécessaires d'équilibre - Forces directement opposés principe des actions réciproques

- Mesurer l'intensité d'une force à l'aide d'un dynamomètre. - Représenter une force par un vecteur. - Réaliser l'équilibre d'un solide soumis à deux forces. - Réaliser des exemples faisant intervenir le principe des actions réciproques.

43

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1 Recherchez, dans votre environnement, des corps en interaction. Précisez s’il s’agit d’interaction à

distance ou d’interaction de contact.

2 Parmi ces corps, lesquels sont en équilibre ?

3. Dans quelle condition un corps peut-il être en équilibre ?

- Les acquis du chapitre P4 de la classe de 4ème (Poids d'un corps), complétés par des

exemples variés tirés de l'environnement de l'élève permettront de dégager la définition

d'une force à partir de ses effets dynamique et statique. Donner les caractéristiques d'une

force (droite d'action, point d'application, sens et intensité) ; indiquer la méthode de mesure

de l'intensité d'une force et donner son unité du système international : le newton (N).

Il est formellement interdit de parler de kilogramm e force .

- Tout au long de ce chapitre, veiller à la distinction entre droite d'action et sens d'une force ;

distinguer également :

. les forces à distance, des forces de contact

. les forces localisées, des forces réparties.

- A partir d'une étude expérimentale, dégager les conditions nécessaires d'équilibre d'un

solide soumis à deux forces : les deux forces ont même droite d'action, même intensité mais

de sens opposés (les deux forces sont dites directement opposées) la réciproque est fausse.

Donner des exemples de solides en équilibre sous l'action de deux forces, ces exemples

permettront d'introduire la réaction d'un support, la tension d'un fil ou d'un ressort.

- A l'aide d'une étude expérimentale simple (interaction aimant - aimant, aimant - clou...)

introduire le principe des actions réciproques et en donner des illustrations (propulsion par

réaction, recul d'une arme à feu, tourniquet...).

Chapitre P 4 : Travail et puissance mécaniques Durée : 3 heures C lasse : 3 ème

Objectifs d’apprentissageContenus


- Donner la nature d'un travail (moteur, résistant ou nul). - Donner les conditions de nullité du travail. - Utiliser les expressions du travail et de la puissance mécanique. - Donner l'ordre de grandeur de certaines puissances.

Travail mécanique - Travail moteur - Travail résistant - Travail nul - Travail du poids - Unité du SI : le joule (Joule)

Puissance mécanique - Unité du SI : le watt (W)

Utiliser l'expression W = FxL. Utiliser l'expression P = W/t. Calculer le travail d'une force constante colinéaire au déplacement. - Calculer le travail du poids d'un corps. - Calculer une puissance mécanique. - Etablir l'expression de la puissance mécanique (P = FxV) à partir de son expression P = W/t..

44

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Faire une enquête pour trouver des situations où on parle de travail dans le langage courant. Peut-on

caractériser le travail par des grandeurs physiques déjà étudiées dans le cours de physique ?

lesquelles ?

- A partir d'exemples appropriés, faire la distinction entre le travail au sens courant du terme

(effort physique et peine) et la grandeur physique "travail". Au concept de travail, associer

force et déplacement.

- Se limiter au calcul du travail d'une force constan te et colinéaire au déplacement

( exception faite du travail du poids) .

- Donner l'expression du travail pour une force constante colinéaire au déplacement :

W = FxL.

- Donner l'unité du système international de travail (le joule : J), ses multiples (kilojoule : kJ ;

mégajoule : MJ). Il est formellement interdit de parler de kilogramm e-mètre .

- Faire la distinction entre le travail moteur (la force agit dans le sens du déplacement) et le

travail résistant (la force agit dans le sens contraire du déplacement).

- Donner les conditions de nullité du travail d'une force ; admettre que le travail d'une force

dont la droite d'action est normale au déplacement est nul.

- Admettre que le travail du poids ne dépend pas du chemin suivi et donner son expression :

W = mgh.

- Définir la puissance moyenne P et donner son expression générale :t

WP = .

La puissance instantanée est hors programme .

Donner l'unité du système international de puissance : le watt (W), ses multiples (kilowatt :

kW ; mégawatt : MW ; ...). On évoquera l'existence du cheval vapeur (ch), ancienne unité de

puissance (ch). Une distinction sera faite entre cheval fiscal (c.v) (utilisé dans la vie

courante) et le cheval vapeur.

- Etablir l'expression de la puissance P = FxV dans les conditions suivantes :

• la force est constante, colinéaire et de même sens que le déplacement,

• le déplacement du point d’application de la force se fait à vitesse constante

- Donner l'ordre de grandeur quelques puissances.

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Chapitre P 5 : Electrisation par frottement, le courant électrique

Durée : 4 heures Classe : 3ème



- Interpréter le phénomène d'électrisation. - Citer les deux espèces d'électricité.

- Citer quelques conducteurs et isolants électriques. - Interpréter la nature du courant électrique. - Citer quelques électrolytes.

- Utiliser les relations : t

qI = ,

q = ne.

Electrisation par frottement. - Les deux types d'électricité - Atome - Electrons - Charges électriques - Conducteurs et isolants

électriques - Conducteur métallique. Le courant électrique - Porteurs de charges - Conducteur électrolytique - Sens conventionnel du

courant électrique - Nature du courant électrique - Intensité du courant

électrique, relations : t

qI = ,

q = ne

- Réaliser des expériences d'électrisation. - Classer des corps en isolant et conducteur à partir d'une expérience d'électrostatique. - Montrer expérimentalement que certaines solutions sont conductrices.

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Recherchez quelques objets de votre environnement. Pouvez-vous les classer en conducteurs et

isolants électriques ? Frottez divers objets pris parmi ces deux catégories, approchez-les à de petits

bouts de papier. Notez vos observations.

- En classe de 4ème l'intensité d'un courant électrique a été introduite de manière

expérimentale : c'est la grandeur que l'on mesure avec l'ampèremètre.

- Le présent chapitre vise donc essentiellement à compléter les premières notions

d'électrocinétique vues en classe de 4ème. Ce complément devra nécessairement être

précédé de concepts clefs d'électrostatique.

- Pour plus de clarté, il est souhaitable de subdiviser ce chapitre en deux parties :

Première partie (électrostatique) : Electrisation par frottement

- En introduction on citera quelques faits courants :

* poussières qui adhèrent sur des pièces plastiques frottées,

* production d'étincelles lors de frottement de tissus synthétiques, etc...

- On amènera les élèves à réaliser quelques expériences simples d'électrisation en classe :

* "bic" frotté contre les cheveux et qui attirent de petits morceaux de papier ou qui dévie un

mince filet d'eau,

* bâton de verre frotté qui fait dévier un pendule, etc...

46

- On parlera de l'existence de charges électriques à la surface des corps électrisés par frottement. - Après avoir mis en évidence les deux espèces d'électricité on les nommera conventionnellement : * charges positives (celles portées par le verre frotté avec de la laine), * charges négatives (celles portées par l'ébonite frottée avec une peau de chat). - Rappeler la notion d’ion vue antérieurement (4è) - On expliquera le caractère neutre de l'atome, puis son caractère chargé par perte ou gain d'électrons : atome chargé appelé ion. - Une distinction des notions d'isolants et de conducteurs sera faite : pour un isolant les charges électriques restent localisées sur la partie frottée ; quant au conducteur les charges engendrées par frottement d'une partie se répartissent uniformément. Deuxième partie (électrocinétique) : le courant électrique - Cette partie pourrait débuter par des rappels : rôle de quelques dipôles (générateurs et électrolyseurs), effets du courant électrique, sens conventionnel du courant, conducteurs et isolants etc... - On indiquera la nature du courant électrique : déplacement d'électrons dans les conducteurs métalliques, déplacement d'ions dans les électrolytes (on rappellera qu'un ion est un atome ou un groupement d'atomes présentant un excès ou un défaut d'électrons) et enfin on définira la nature courant électrique en utilisant le terme de déplacements de porteurs de charge.

- La notion d'intensité sera rappelée, les relations t

qI = et q = ne seront données.

- Le rôle de l'ampèremètre, son branchement et son utilisation seront rappelés. - Le chapitre pourrait être clos par le rappel des propriétés de l'intensité dont * la loi d'unicité de l'intensité dans un circuit série, * la loi des nœuds. Chapitre P 6 : Résistance électrique Durée : 6 heures Classe : 3 ème



- Enoncer la loi d'ohm pour un résistor.

- Tracer la courbe U = f(I) à partir

d'un tableau de mesure. - Déterminer la résistance d'un

résistor. - Utiliser la loi d'Ohm. - Utiliser l'expression de la

résistance d'un fil cylindrique homogène.

- Utiliser l'expression de la résistance équivalente pour deux résistors montées en série ou montées en parallèle (l’inverse de la résistance équivalente = somme des inverses).

Conducteur ohmique - Résistor - Loi d'Ohm - Résistance - Unité : Ohm - Résistivité - Résistance d'un fil cylindrique

homogène de section constante - Résistor équivalent - Résistance équivalente Rhéostat Potentiomètre

- Etudier expérimentale du résistor . faire le relevé point par point de la caractéristique d'un résistor ; vérifier l'expression de la résistance d'un fil cylindrique homogène de section constante. - Vérifier expérimentalement les lois d'association des résistors. - Calculer la résistance

équivalente de résistors associés

- Tracer la courbe U = f(I) à partir

d'un tableau de mesure. - Déterminer la résistance d'un

résistor.

47

Commentaires.


Visite chez le réparateur de radios : 1. Découvrir différents conducteurs ohmiques (types, formes). 2 Relever les indications marquées sur quelques conducteurs ohmiques. Que signifient ces indications ? Quelle grandeur physique principale caractérise un conducteur ohmique ? Quelle est son unité S.I ? 3 Citer quelques utilisations courantes des conducteurs ohmiques.

- En TP, à l'aide d'une source de tension réglable, on procédera à la mesure des valeurs

prises par l'intensité du courant traversant un conducteur ohmique pour différentes tensions

appliquées à ses bornes.

- Le tracé de la caractéristique intensité- tension (courbe U = f(I)) permettra de déduire :

* La valeur de la résistance, son unité (la notion de conductance est hors programme ),

* la loi d'Ohm pour un conducteur ohmique (relation et énoncé).

On se limitera à la partie de la caractéristique po ur laquelle U et I sont positifs.

- Donner la signification physique de la notion de résistance à partir d’expériences simples

- Une étude expérimentale de la résistance d'un fil cylindrique, homogène de section

constante conduira à vérifier l'expression : s

Rlρ= .

- Les lois étudiées en électrocinétique (propriétés de l'intensité et de la tension) pourront être

rappelées, puis utilisées pour établir les lois d'association des résistors ; lois qui seront l'objet

d'une vérification expérimentale.

- A titre d'application on expliquera la constitution du rhéostat et son utilisation pratique pour

faire varier l'intensité du courant dans un circuit.

Chapitre P 7 : Transformations d’énergies Durée : 2 heures Classe : 3ème



- Citer des formes d'énergie. - Utiliser les expressions de l'énergie cinétique, de l’énergie potentielle, - Définir l’énergie mécanique .- Utiliser les expressions de puissance et d'énergie électriques dissipée par effet Joule. - Utiliser la loi de Joule. - Prendre conscience de la pollution liée à certaines formes d'énergie.

Energie - Notion d’énergie - Unité du SI : le joule (J) - Formes d'énergie : énergie électrique, énergie thermique ou calorifique, énergie lumineuse, énergie éolienne, énergie chimique - énergie potentielle (élastique et de pesanteur), énergie cinétique. Transformation d'énergie - Exemples - Rendement d'une transformation d'énergie Energie et puissance électriques - Energie électrique : W = UIt - Puissance électrique : P = UI - Effet Joule - Loi de Joule : W = RI2t

- Mettre en évidence expérimentalement des transformations d'énergie. - Mettre en évidence expérimentalement l'effet Joule. Recherches documentaires (formes d’énergie, pollution…)

48

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1. Visite d’une centrale hydroélectrique.

2. Recherche sur les sources d’énergies renouvelables.

- La notion d'énergie pourrait être amenée en évoquant avec les élèves divers exemples

familiers de systèmes susceptibles de produire du travail. On précisera alors qu'un système

possède de l'énergie s'il peut produire du travail .

- Dès lors on justifiera l'équivalence entre les grandeurs physiques énergie et travail et par la

suite le choix du joule comme unité SI d'énergie.

- A partir d'exemples simples et variés, le professeur devra :

* évoquer différentes formes d'énergie,

* donner des exemples de transformation d'énergie.

- L'expression de l'énergie cinétique sera donnée dans le cas d'un solide en translation

rectiligne uniforme : Ec = ½ mV2.

- L'expression de l'énergie potentielle de pesanteur EP = mgh sera donnée. Pour l'énergie

potentielle élastique, on s'en tiendra à signifier qu'elle dépend des paramètres de position

imposée (contraintes) au corps élastique.

- L'énergie mécanique n'est pas à formuler, on dira simplement qu'elle est la somme de

l'énergie potentielle et de l'énergie cinétique.

- L'analyse de transformations d'énergie à travers des cas pratiques (moteurs, turbines,

pompes,....) permettra de distinguer "l'énergie utile" de "l'énergie reçue" par un système.

Ensuite on définira le rendement énergétique du dispositif de transformation :

R = reçueénergie

utileénergie (toujours inférieure à 1) ; R en %.

- On signalera qu'une partie de l'énergie est perdue sous forme de chaleur. Ce qui

correspond à une forme dégradée d'énergie appelée énergie calorifique ou thermique.

- A ce niveau, introduire dans les transformations d’énergie, des notions de calorimétrie mais

se limiter à la transformation possible de l’énergie thermique (quantité de chaleur) en

d’autres formes d’énergie.

Les calculs de quantités de chaleur absorbées ou cé dées, de températures d’équilibre

et les mesures calorimétriques ne seront pas traité s.

49

- L'expression de la puissance électrique P = UI sera donnée et pourra être vérifiée. Puis on

en déduira l'expression de l'énergie électrique : W = UIt. On introduira à ce niveau l'unité

usuelle d'énergie électrique : le kilowattheure (1kWh = 3,6.106 J).

- On mettra en évidence expérimentalement l'Effet Joule. On établira théoriquement à partir

de la Loi d'Ohm et de l'expression de l'énergie électrique la Loi de Joule : W = RI2t.

- On donnera les différentes expressions de la puissance mise en jeu dans un résistor :

P = UI ; P = RI2 ; P = R

U 2

.

- Diverses applications de l'effet joule (avantages et inconvénients) seront fournies : fer à

repasser, réchaud électrique, chauffe eau, échauffement des appareils électriques.

- On parlera d'économie d'énergie et de la pollution liée à certaines formes d'énergie.

Activités d’intégration possibles 1 Arc-en-ciel Après l’orage, un de vos camarades contemple un bel « arc-en-ciel » qui est sans doute un

des phénomènes naturels les plus spectaculaires. Il cherche à trouver une explication

qualitative à ce phénomène mais il n’y parvient pas. Aidez-le à comprendre.

Comment expliquer qualitativement ce phénomène ?

Concevoir et réaliser une expérience qui puisse étayer qualitativement vos propos.

(Après avoir identifié le matériel dont vous aurez besoin, vous irez le chercher à la salle de

rangement ).

2 Equilibre d’une araignée Pendant que Binta se détendait dans sa chambre, son attention fut attirée par une grosse

araignée suspendue par son fil dans un coin de la pièce. Elle se demande pourquoi

l’araignée reste dans cette position fixe. Expliquer lui pourquoi. Faire un schéma à l’appui.

3 Circuit d’un vélo Le vendeur de charbon du quartier vient d’acheter un « vélo d’occasion » ne possédant pas

de circuit d’éclairage.

Proposer lui une liste du matériel à acheter ; faites le schéma annoté du montage à réaliser

pour son circuit d’éclairage et aider le à réaliser et faire fonctionner correctement ce circuit.

4. Fonctionnement d’un appareil électroménager simp le.

50

PROGRAMME DE CHIMIE

Les compétences d’année en chimie. Compétence 5

A la fin de la classe de troisième, l’élève ayant acquis les savoirs, savoir-faire et savoir-être sur les

solutions aqueuses (solutions aqueuses, dissolution, dilution, caractère acide, basique et

neutre,dosage) ; doit les intégrer dans des situations familières de résolution de problèmes :

caractérisation des solutions, préparations diverses.

Compétence 6

A la fin de la classe de troisième, l’élève ayant acquis les savoirs, savoir-faire et savoir-être sur

solutions aqueuses (acides, bases, métaux) doit les intégrer dans des situations familières de

résolution de problèmes : traitement des métaux, protection, utilisation des métaux.

Compétence 7

A la fin de la classe de troisième, l’élève ayant acquis les savoirs, savoir-faire et savoir-être sur les

hydrocarbures, doit les intégrer dans des situations familières de résolution de problèmes :

utilisation, impact sur l’environnement.

Les chapitres Chapitre C 1 : Solutions aqueuses Durée : 6

heures Classe : 3ème



Utiliser les expressions des concentrations molaire et massique volumiques

- Préparer une solution de concentration donnée -Montrer l’importance des solutions dans la vie courante

- Utiliser rationnellement les produits dans la préparation des solutions. - Respecter les consignes de sécurité en manipulant certains produits.

Solution - Solvant - Soluté - Solution saturée - solubilité Concentration molaire volumique

- définition, formulation

- unité Concentration massique - définition, formulation

- unités Applications - dilutions - Préparation de solutions

- Etudier expérimentalement la solubilité du sel dans l'eau en fonction de la température. - Calculer une concentration molaire volumique.

- Calculer une concentration massique volumique.

- Etablir la relation entre la concentration molaire volumique et la concentration massique volumique. - Préparer une solution de concentration donnée par dissolution et par dilution avec un choix de matériel adapté (pipette, fiole,...).

51

Commentaires :


Considérer des mélanges liquides de votre environnement. Les classer en mélanges homogènes et en

mélanges hétérogènes. Pouvez vous séparer les constituants des mélanges homogènes ? Si oui

comment ? A l’inverse réaliser des mélanges liquides homogènes en partant de corps purs de votre

environnement.

- On pourrait se servir de l'exemple de dissolution du sel de cuisine dans l'eau pour définir

les concepts de solution, soluté (sel) et solvant (eau).

- Les phénomènes de saturation et solubilité pourront être illustrés par des exemples.

- On pourra déterminer la solubilité du sel dans l'eau et montrer expérimentalement qu'elle

dépend de la température.

- Dans un souci de généralisation, on donnera d'autres exemples en phase liquide

* liquide solide (eau + sucre...)

* liquide - liquide (eau + alcool...)

* liquide - gaz (eau + dioxyde de carbone, eau + dioxygène...)

- Définition d'une solution : mélange homogène de deux ou plusieurs corps.

- On définira la concentration molaire volumique C et la concentration massique Cm et on

précisera leur unité usuelle : C : mol.L-1 et pour Cm = g.L-1. On établira la relation entre les

deux concentrations : Cm = MC, avec M = masse molaire du soluté en g.mol-1.

- En TP on procédera à la préparation de quelques solutions ; tout au long de ce travail, on

expliquera le principe de la dilution (quantité des produits, matériel utilisé et protocole

expérimental).

52

Chapitre C 2 : Acides et bases Durée : 4 heures Classe : 3ème



- Identifier le caractère acide, basique ou neutre d’une solution en utilisant le BBT. - Mettre en évidence le Caractère ionique des solutions d’acide et de bases (présence d’ions H+ dans les solutions d’acides et de HO- dans les solutions basiques). - Ecrire l'équation-bilan de la réaction entre l'acide chlorhydrique et la soude (écrire l’équation ionique d’interprétation). - Utiliser la relation à l'équivalence : nA = nB. - Prendre les précautions nécessaires pour la manipulation des acides. - Montrer l'importance des acides et du dosage acido-basique dans la vie courante.

Classification des solutions - Solutions acides - Solutions basiques - Solution neutre - Indicateur coloré Propriétés des acides et des bases - Conductibilité électrique - Action des acides sur le calcaire Réaction entre l'acide chlorhydrique et la soude - Réaction exothermique - Neutralisation - Equation bilan Dosage colorimétrique - Equivalence acido-basique - Relation à l'équivalence

- Classer expérimentalement des solutions aqueuses à l'aide du BBT. - Mettre en évidence expérimentalement de la conductibilité des solutions acides et basiques. - Réaliser l'expérience de neutralisation entre l'acide chlorhydrique et la soude, mettre en évidence l'effet thermique et le sel formé. - Titrer une solution acide ou basique à l'aide d'un dosage colorimétrique.

Commentaires


Revenir sur les activités préparatoires possibles du chapitre précédent. Prélever environ 2 mL de chacun

des liquides homogènes obtenus et ajouter quelques gouttes de jus de « bissap blanc » dilué Noter les

observations. Conclure.

- A l'aide du BBT on classera certains produits (jus de citron, vinaigre, infusion d'oseille, jus de tamarin, lessive, cendre, eau de chaux...) en solutions acides et en solutions basiques :

* Une solution acide donne une coloration jaune en présence de BBT,

* Une solution basique donne une coloration bleue en présence de BBT,

* Une solution neutre donne une coloration verte en présence de BBT.

Signaler l’existence d’autres indicateurs colorés

- On donnera d'autres exemples de solutions aqueuse acides (H++Cl-) ; (2H++SO42-) ;

(H++NO3-) et basiques (Na++OH-), (K++OH-), (Ca

2++ 2OH-), (NH4,+,+OH-), leurs propriétés

53

communes (conductibilité électrique, action sur le calcaire) ainsi que des applications dans la

vie courante (détartrage...).

- On soulignera le caractère ionique des solutions acides et la présence, dans ces

solutions, de l’ion hydrogène aqueux que l’on note ra H+ pour simplifier.

On pourra signaler qu’en réalité en solution aqueus e ce qui existe est l’ion hydronium

ou oxonium H 3O+ mais par soucis de simplification, dans la suite, on utilisera la

notation H +

De la même manière on soulignera le caractère ioniq ue des solutions basiques et la

présence, dans ces solutions, de l’ion hydroxyde a queux que l’on notera HO -.

- On réalisera la réaction entre une solution d'acide chlorhydrique et une solution

d'hydroxyde de sodium. On mettra en évidence le caractère exothermique de la réaction, les

produits formés et l'équivalence acido-basique.

On écrira l’équation ionique de la réaction sous la forme

On écrira l’équation globale.

Lorsque l'équivalence acido-basique est atteinte, on montrera que la quantité de matière

initiale d’ions H + (d'acide chlorhydrique) est égal la quantité de matière d’ions HO - (de

soude) ajouté (nA = nB) ou inversement. On en déduira la relation à l'équivalence :

CAVA = CBVB.

- On réalisera un dosage colorimétrique d'une solution d'acide chlorhydrique par une solution

d'hydroxyde de sodium ou inversement (utiliser le BBT).

Chapitre C 3 : Propriétés chimiques des métaux usuels

(Al, Zn, Fe, Pb, Cu)

Durée : 4 heures Classe : 3ème



- Reconnaître un métal par son aspect physique. - Comparer les propriétés physiques des métaux usuels. - Ecrire les équation-bilan des réactions (équations ioniques). - Prendre conscience de l'intérêt de la protection des métaux. - Choisir le métal le mieux adapter pour une utilisation donnée. - Prendre les précautions nécessaires pour la manipulation des acides et l'utilisation du brûleur.

Propriétés physiques Propriétés chimiques - Oxydation à froid - oxydation à chaud Action des acides dilués (H++Cl-) ; (2H++SO4

2-) ; (H++NO3

-). à froid sur les métaux.

- Observer d'échantillons métalliques non oxydés. - Observer d'échantillons métalliques oxydés. - Réaliser des réactions d'oxydation à chaud - Réaliser des réactions à froid des acides sur les métaux.

H+ + HO- H2O

54

Commentaires


1. Quels sont les métaux que vous connaissez ?

2. Où trouve-t-on ces métaux ? A quelles fins les emploie-t-on ?

3. Citez quelques propriétés caractéristiques de ces métaux.

- La présentation d'échantillons métalliques permettra de faire une première reconnaissance

voire une distinction entre les métaux usuels.

- Un tableau de synthèse de leurs propriétés physiques (masse volumique, température de

fusion, conductibilité thermique, conductibilité électrique...) sera présenté.

- On insistera sur les propriétés chimiques de ces métaux dont l'étude sera expérimentale et

portera exclusivement sur deux thèmes :

- Action de l'air sur les métaux

Pour l'action de 'air humide sur les métaux, on fera l'observation et l'interprétation. On écrira

que les équation-bilan suivantes : 4Fe + 3O2 2Fe2O3 et 4Al + 3O2 2Al2O3.

Pour les autres métaux on s'en tiendra à nommer les produits formés. On expliquera le

phénomène de corrosion et on indiquera les moyens de lutter contre. Pour l'action de l'air à

chaud sur ces métaux, elle sera traduite par des équation-bilan.

- Action des acides dilués à froid sur les métaux

On fera l'action des acides (H+ + Cl-) ; (2H+ + SO42-) ; (H++ NO3

-) dilués à froid sur les

métaux. On établira les équation-bilan de ces réactions exceptée celle avec l'acide nitrique.

On écrira les équations ioniques d’interprétation e t les équations globales.

Par exemple l’action de l’acide chlorhydrique sur l e zinc sera traduite par les

équations suivantes :

N. B : l'action des acides chlorhydrique et sulfurique dilués à froid sur le plomb a

effectivement lieu mais est quasi stoppée par la formation d'une couche insoluble de chlorure

ou de sulfate de plomb (consulter la table des potentiels normaux).

Sécurité : On insistera sur les précautions à pren dre pour la manipulation des acides

et l'utilisation des brûleurs à gaz.

Equation globale : 2(H++ Cl-) + Zn H2 + (Zn2+ + 2Cl-)

Equation ionique : 2H+ + Zn H2 + Zn2+

55

Chapitre C 4 : Les hydrocarbures Durée : 4 heures Classe : 3ème

Objectifs d’apprentissageContenus


- Identifier la famille à laquelle appartient un hydrocarbure à partir de sa formule brute. - Ecrire l'équation-bilan de la combustion complète d'un hydrocarbure dans le dioxygène. - Utiliser l'équation-bilan de la combustion complète d'un hydrocarbure dans le dioxygène. - Prendre conscience de l'importance des hydrocarbures dans la vie courante. - Prendre conscience des risques liés à l'utilisation domestique des hydrocarbures et de la pollution.

Hydrocarbures - Définition - Familles et formules générales - Formules brutes de quelques hydrocarbures Combustion d'hydrocarbures dans le dioxygène - Combustion complète - Combustion incomplète - Applications industrielles des hydrocarbures Hydrocarbures et environnement

- Réaliser des combustions complètes d'hydrocarbures dans le dioxygène. - Régler la flamme d'un bec bunsen ou d'un réchaud à gaz pour mettre en évidence la combustion incomplète.

Recherches documentaires (pétrole, gaz naturel, matière plastique…)

Commentaires


Thème : Recherche documentaire

1. Chimie des composés organiques et médicaments.

2. Pétrole, gaz naturel, matières plastiques

- On peut introduire la leçon en expliquant brièvement la formation du gaz naturel et du

pétrole.

- On commencera par définir un hydrocarbure (composé organique dont la molécule

renferme uniquement l'élément carbone et l'élément hydrogène).

- On citera les familles d'hydrocarbures (alcanes, alcènes, alcynes) en donnant leurs

formules brutes générales.

- Les notions d'isomérie, de liaison, de formules s emi-développée ou développée et de

nomenclature sont hors programme.

- On se contentera de donner les formules brutes et quelques propriétés physiques

(solubilité, conductibilité électrique, état physique dans les conditions ambiantes) des

hydrocarbures suivants : méthane, éthane, propane, butane, éthylène, acétylène.

- On écrira les équations-bilan des combustions complètes des hydrocarbures précités dans

le dioxygène. - Ne pas écrire l'équation-bilan de la combustion in complète , le danger lié

à la formation de monoxyde de carbone sera évoqué. On n’évaluera pas les élèves sur la

nomenclature.


1 Extraction de l’aluminium : traitement de la baux ite. Lire l’énoncé dans le recueil « activités » en fin de document.(activité 5)

2 Transports et conservations des acides et des bas es.

3 Pollution liée aux combustions de composés organ iques

PROGRAMME DE SCIENCES PHYSIQUES PROGRAMME DE SCIENCES PHYSIQUES PROGRAMME DE SCIENCES PHYSIQUES PROGRAMME DE SCIENCES PHYSIQUES

DU CYCLE SECONDAIRE.DU CYCLE SECONDAIRE.DU CYCLE SECONDAIRE.DU CYCLE SECONDAIRE.


56

REFERENTIEL DE COMPETENCES DU CYCLE SECONDAIRE.

DOMAINE

COMPETENCE DE CYCLE

Mécanique

A la fin du cycle secondaire, l’élève ayant acquis les savoirs savoir-faire, savoir-être en mécanique (principes, lois de la mécanique classique) doit les intégrer dans des situations d’explication, de prévision ou de propositions de solutions relatives à des problèmes d’équilibres / de mouvements de systèmes mécaniques simples.

Electricité / électromagnétisme

A la fin du cycle secondaire, l’élève ayant acquis les savoirs savoir-faire, savoir-être en électromagnétisme doit les intégrer dans des situations d’explication, de prévision ou de propositions de solutions relatives à des problèmes d’électromagnétisme : fonctionnement, utilisation de divers composants électriques, prévision, montage, démontage et sécurité…

Signaux et ondes mécaniques

A la fin du cycle secondaire, l’élève ayant acquis les savoirs savoir-faire, savoir-être sur les ondes (principes et lois régissant propagation, réflexion, diffraction, dispersion et interférences mécaniques) doit les intégrer dans des situations d’explication, de prévision ou de propositions de solutions relatives à des phénomènes ondulatoires.

PHYSIQUE

Optique

A la fin du cycle secondaire, l’élève ayant acquis les savoirs savoir-faire, savoir-être en optique (propagation, réflexion, réfraction, dispersion, interférences lumineuses).doit les intégrer dans des situations familières de résolution de problèmes liés à des phénomènes lumineux :

Structure de la matière

A la fin du cycle secondaire, l’élève ayant acquis les savoirs savoir-faire, savoir-être sur la structure de la matière (entités chimiques, structure, familles de composés organiques, électrochimie, solutions aqueuses diverses, acides, bases) doit les intégrer dans des situations d’explication, de prévision ou de résolution de problèmes..

CHIMIE

Quantités de matière - Transformations chimiques

A la fin du cycle secondaire, l’élève ayant acquis les savoirs savoir-faire, savoir-être sur les transformations de la matière (aspects théoriques, qualitatifs et quantitatifs des transformations chimiques, calculs divers), doit les intégrer dans des situations d’explication, de prévision de phénomènes chimiques ou de résolution de problèmes

57

PROGRAMME DE SCIENCES PHYSIQUES PROGRAMME DE SCIENCES PHYSIQUES PROGRAMME DE SCIENCES PHYSIQUES PROGRAMME DE SCIENCES PHYSIQUES DES CLASSES DE SECONDE DES CLASSES DE SECONDE DES CLASSES DE SECONDE DES CLASSES DE SECONDE SSSS


58

SOMMAIRE DU PROGRAMME DE SECONDE SCIENTIFIQUE (S)

HORAIRE : 5 h / élève PROGRAMME DE PHYSIQUE.

CHAPITRE

Numéro Titre Horaire (h)

ELECTRICITE ET ELECTRONIQUE.

P1 Phénomènes d’électrisation 3

P2 Généralités sur le courant électrique 3

P3 Intensité du courant électrique 5

P4 Tension électrique 5

P5 Dipôles passifs 6

P6 Dipôles actifs 4

P7 Amplificateur opérationnel : amplification d’une t ension (rentrée 2000)** 6

MECANIQUE

P8 Généralités sur le mouvement 5

P9 Généralités sur les forces 4

P10 Le poids – La masse – Relation entre poids et mass e. 5

P11 Equilibre d’un solide soumis à des forces non paral lèles 6

P12 Equilibre d’un solide mobile autour d’un axe 5

OPTIQUE

P13 Propagation rectiligne de la lumière 3

P14 Réflexion de la lumière 5

P15 Réfraction – dispersion de lla lumière 7

Total 72

59

PROGRAMME DE CHIMIE CLASSE DE 2°S

CHAPITRE

Numéro Titre Horaire (h)

C1 Mélanges et corps purs(introduction aux sciences) 5

C2 Eléments, atomes, classification périodique des élé ments 5

C 3 Liaisons chimiques 4

C4 Mole, grandeurs molaires. 4

C5 Réactions chimiques. Equation-bilan. 5

C6 Généralités sur les solutions aqueuses. 4

C7 Solution aqueuse acide. 6

C8 Solution aqueuse basique. 6

C9 Notion de pH – Indicateurs colorés. 6

C10 Caractérisation de quelques ions 3

Total 48

60

REFERENTIELS ET COMMENTAIRES DU PROGRAMME DE SECOND E

SCIENTIFIQUE (S)

PROGRAMME DE PHYSIQUE. Les compétences d’année.

Compétence 1 :

A l’issue de la classe de seconde, l’élève ayant acquis les savoirs, savoir-faire et savoir-être

en mécanique (sur les forces, la première loi de Newton, les conditions générales d’équilibre

d’un solide) doit les intégrer dans des situations familières de résolution de problèmes de

statique : prévision d’équilibres, exploitation, réalisation…

Compétence 2 :

A la fin de la classe de seconde, l’élève ayant acquis les savoirs, savoir-faire et savoir-être

en électricité (caractéristiques de différents dipôles, propriétés et lois du courant électrique,

lois d’associations) doit les intégrer dans des situations familières de résolution de

problèmes simples d’électrostatique et d’électrocinétique : installations domestiques,

fonctionnement d’appareils électriques simples, observations de règles de sécurité.

Compétence 3 :

A la fin de la classe de seconde, l’élève ayant acquis les savoirs savoir-faire, savoir-être en

optique (principes, lois de la réflexion, de la réfraction) doit les intégrer dans des situations

familières de résolution de problèmes liés à la propagation de la lumière et à son

cheminement dans des milieux homogènes et isotropes simples :

61

Les chapitres

PARTIE : ELECTROSTATIQUE, ELECTRICITE ET ELECTRONIQ UE.

CHAPITRE : P1 Phénomènes d’électrisat ion. Durée : 3 h CLASSE : 2° S

Objectifs d’apprentissage Contenus Activités d'apprentissage

* Distinguer les modes d’électrisation. Réaliser l’électrisation par frottement et par contact. * Classer les corps dans l’échelle triboélectrique. * Décharger un corps * Utiliser l’interprétation électronique de l’électrisation pour expliquer certains phénomènes électriques. *Déterminer le signe d’une charge. * Utiliser la relation Q = ne. * Distinguer un conducteur d’un isolant électrique. * Analyser un texte scientifique.

*Quelques modes d’électrisation : - Electrisation par frottement. - Electrisation par contact. - Electrisation par influence Charges électriques : - les deux espèces d’électricité. - unité Interprétation électronique : - Electron. - Proton. - charge élémentaire Conducteurs et isolants électriques .

*Expériences d’électrisation : Stylo frotté, pendule électrique, électroscope. Expériences de décharge * Expériences de mise en évidence des deux espèces d’électricité. *Analyse documentaire : exemple sur la foudre

Commentaires


Fabriquer un versorium.

Pour fabriquer un versorium se procurer une gomme rectangulaire, une épingle, du papier aluminium et de la pâte à fix. Placer la gomme par sa plus petite face sur un support horizontal fixe. Planter l’une des extrémités de l’épingle sur la face supérieure de la gomme. Découper une petite hélice dans du papier aluminium et la placer sur l’extrémité supérieure de l’épingle entre deux bouts de pâte à fix . L'hélice doit tourner librement ; on peut utiliser du talc pour assurer la libre rotation.

1. Qu’observe- t – on lorsqu’on approche une règle de plexiglas ou de verre frotté du versorium ?

2 Comment s’explique cette observation ? 3. Quelle utilisation pratique fait-on du versorium ? Quel autre appareil est utilisé à cette fin ?

Ce chapitre pourrait débuter par la présentation de phénomènes électrostatiques dans la vie

courante : éclair, filet d’eau dévié par un bâton frotté avec de la laine, poussière qui adhère

sur un peigne, sur disque d’électrophone, etc.

Les élèves réaliseront quelques expériences sur l’électrisation par frottement, par contact et

par influence. L’interprétation de ces phénomènes conduira à la notion de charge électrique.

Les élèves réaliseront des expériences de mise en évidence des deux espèces d’électricité.

62

Ils retiendront que deux charges de même signe se repoussent et que deux charges de

signes contraires s’attirent. Par une série d’expériences, ils seront amenés à classer divers

corps électrisés en deux catégories : ceux qui sont chargés positivement et ceux qui le sont

négativement. Une brève présentation simplifiée de la structure de la matière permettra aux

élèves de comprendre que l’électrisation résulte d’un transfert d’électrons (dans le cas où

l’atome n’est pas encore étudié en chimie). Il suffira d’indiquer que le noyau est chargé

positivement, le cortège électronique négativement tel qu’à l’état fondamental l’atome soit

électriquement neutre. Le professeur donnera alors la relation Q = ne. Les élèves, par une

série d’expériences, classeront en conducteurs et isolants électriques plusieurs matériaux

tirés de leur environnement.

Des activités de recherche menées par les élèves sur des phénomènes de l’environnement

liés à l’électrisation tels que la foudre viendront en complément du cours.

On rappelle que le signe de la charge portée par l’objet frotté dépend du corps avec lequel

on le frotte (voir échelle triboélectrique).

CHAPITRE : P2 Généralités sur le courant électrique. Durée : 3h CLASSE : 2° S


* Réaliser des circuits électriques. * Donner les schémas normalisés des différents dipôles. * Donner le schéma du montage d’un circuit électrique. * Utiliser les effets du courant électrique ; donner des exemples d’utilisation possible. * Utiliser le sens du courant électrique. * Utiliser de façon pratique différents appareils d’une maison : compteur, disjoncteur, fusibles, boites de dérivation, prises, prise de terre. *Retenir les avantages et inconvénients des deux types principaux de circuit. * Indiquer quelques dangers du courant électrique. * Prendre des mesures de précaution contre les dangers du courant électrique.

Circuit électrique : -Dipôles électriques :générateur ,récepteur,interrupteur………… - Symboles normalisés des dipôles et schéma d’un circuit. - Conducteurs et isolants électriques - Types de circuit : série, dérivation. Effets du courant électrique . Sens conventionnel du courant électrique . Nature du courant électrique . - conducteurs métalliques, - électrolytes Avantages , dangers du courant électrique , mesures de sécurité . Masse électrique.

* Réalisation du circuit pile - ampoule électrique. * Réalisation et distinction de circuits série et de circuits en dérivation * Etude du circuit électrique d’une bicyclette * Etude de la maquette du circuit d’une maison. * Expériences d’illustration pour les effets du courant électrique * Expérience de mise en évidence du sens du courant électrique * Prise en compte de mesures de sécurité.

63

Commentaires


1 Etudier la constitution et le fonctionnement d’une lampe torche. 2 Court circuit, courant continu, courant alternatif, fusible, disjoncteur, prise de terre : rechercher la signification et éventuellement le rôle s’il s’agit d’appareil.

Dans ce chapitre qui introduit les premières notions d’électrocinétique, l’approche

expérimentale utilisant du matériel simple et familier aux élèves (pile, lampe, fils de nature

diverse, solutions..) est vivement recommandée.

Avec ce matériel, les élèves seront amenés à réaliser des exemples de circuits simples et on

leur fera découvrir, expérimentalement, le rôle de générateur de courant électrique joué par

la pile et le rôle de récepteur joué par les autres dipôles. Les symboles normalisés des

dipôles seront donnés au fur et à mesure. Le schéma normalisé d’un circuit électrique sera

donné. En intercalant dans le circuit divers objets, on distinguera conducteurs et isolants

électriques.

Diverses expériences permettront de mettre en évidence les effets du courant électrique. On

insistera sur quelques applications importantes de ces effets. Le professeur saisira

l’occasion pour informer les élèves sur les dangers du courant et les mesures de sécurité à

prendre. A partir d’expériences, les élèves pourront découvrir que certains effets du courant

sont liés au sens de branchement des bornes du générateur : on admettra que le courant

électrique possède un sens de circulation. Le professeur précisera le sens conventionnel du

courant électrique.

La comparaison de l’action d’un aimant sur un faisceau d’électrons (exemple celui d’un tube

de Crookes ou d’un oscilloscope) et sur un conducteur métallique parcouru par un courant

suggère une interprétation du courant électrique en termes de déplacements de porteurs de

charges (électrons dans les conducteurs métalliques, ions dans les électrolytes). On pourrait

aussi utiliser des expériences simulées par ordinateur.

A l’aide d’une maquette le professeur pourrait préciser le type de circuit et le rôle des

différents appareils utilisés dans une maison. Au fil des chapitres le professeur pourrait

revenir sur cet exemple pour montrer, dans la pratique, les avantages du montage en

dérivation Le circuit électrique de la bicyclette pourrait être également étudié comme

illustration.

On introduira la notion de masse électrique, une autre façon de fermer un circuit électrique

sur un conducteur et on donnera des applications courantes (lampe torche, bicyclette,

automobile).

64

CHAPITRE : P3 Intensité du courant électrique. Durée : 5h CLASSE : 2° S


Relier l’intensité du courant continu au débit de porteurs de charges. * Utiliser convenablement un ampèremètre. * Choisir le calibre le mieux adapté. * Présenter le résultat d’une mesure.. Vérifier les propriétés de l’intensité à l’aide de l’ampèremètre. Appliquer les lois de l’intensité du courant.

Notion d’intensité. - variation des effets et

intensité. - Définition. Appareils de mesure de l’intensité. - ampèremètre : - Branchement. - Calibre. - Classe et incertitude * Propriétés de l’intensité - unicité en circuit série. - Loi des nœuds.

Expérience : relation entre effets du courant et intensité * Mesure de l’intensité du courant dans un circuit. Expériences : vérification des propriétés de l’intensité du courant.

Commentaires

A partir d’expériences de cours le professeur pourrait mettre en évidence les variations des

effets du courant (exemple par utilisation d’un rhéostat, de l’électrolyseur). Ces variations

permettront de définir l’intensité du courant électrique: débit de porteurs de charges. La

détermination de l’intensité d’un courant continu se fera de façon pratique : en TP les élèves

apprendront à utiliser avec soin et sécurité un ampèremètre à aiguille (calibre, branchement,

classe, incertitude). On parlera du multimètre (numérique et analogique) et de son mode

d’utilisation. On donnera des exemples d’ordre de grandeur de l’intensité (par exemple : tube

de télévision 10 à 20 mA ; démarreur d’automobile 50 à 100A…).Au cours de séances de

travaux pratiques les élèves vérifieront les propriétés de l’intensité du courant (loi de l’unicité

et loi des nœuds). On en donnera l’interprétation en termes de conservation de la charge.

On donnera la convention de signe sur l’intensité : un sens positif arbitraire étant choisi

l’intensité est comptée positivement si le courant circule dans le sens positif, négativement

dans le cas contraire.


Visite chez des réparateurs de postes radio, de postes TV : Quels sont les appareils de mesure utilisés ? Quelles grandeurs mesurent-ils ? comment s’y prennent-ils ?

65

CHAPITRE : P4 Tension électrique. Durée : 5 h CLASSE : 2° S


Relier le passage d’un courant à l’existence d’une tension électrique.. Utiliser convenablement un voltmètre. Choisir le calibre le mieux adapté. Présenter le résultat d’une mesure.. Vérifier les propriétés de la tension électrique à l’aide du voltmètre. Appliquer les lois de la tension électrique. Distinguer tension continue et tension variable, tension alternative et tension non alternative, tension sinusoïdale et tension non sinusoïde, tension périodique et tension non périodique Utiliser les conventions de signes pour i et u. Donner la convention récepteur. Prendre des mesures de sécurité.

Notion de tension électrique - détection de la tension. Appareils de mesure de la tension : . - Voltmètre, multimètre, Branchement. Calibre. Classe et incertitude - oscilloscope Propriétés de la tension - loi d’additivité. - unicité entre branches en

parallèle Tensions variables . - tension variable - tension alternative - tension sinusoïdale Convention récepteur . Mesures de sécurité . • - tension de sécurité. • - intensité et tension limites

Expérience : approche du concept de tension (détection par un appareil) Expérience : mesure de la tension électrique. Expériences : vérification des propriétés de la tension : loi d’additivité puis unicité entre les bornes de deux dipôles en parallèle Visualisation de tension variable à l’oscilloscope- Détermination des grandeurs caractéristiques des tensions périodiques (la tension sinusoïdale en particulier) Schématisation : convention récepteur

Commentaires


1 Sur une lampe électrique on relève les indications : 20 V ; 45 W. Que signifient ces indications ? 2 Quelle importance revêt la tension électrique dans le fonctionnement des appareils électriques ?

Une approche expérimentale est conseillée pour introduire le concept de tension électrique :

l’oscillographe pourrait être avantageusement utilisé. Une brève présentation (sans entrer

dans des détails technologiques) de l’appareil sera faite. On fera observer sur l’écran le spot

ou la trace quand l’appareil est mis en marche puis le déplacement vertical du spot ou de la

trace lorsque les deux bornes d’une pile ou d’un dipôle tel qu’une lampe parcourue par un

courant sont reliées aux plaques horizontales de l’oscillographe. On affirmera alors qu’il

existe une tension entre les deux bornes du dipôle. Le sens de déplacement du spot ou de la

trace permettra de compter la tension soit positivement soit négativement et par la suite de

montrer que la tension électrique est une grandeur algébrique. A défaut d’un oscillographe

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on pourrait utiliser un voltmètre à affichage numérique ou un voltmètre à zéro central. En TP

les élèves s’habitueront à utiliser un voltmètre avec soin et sécurité. On utilisera à nouveau

le multimètre. On donnera l’ordre de grandeur de quelques tensions d’utilisation courante

ainsi que la tension de sécurité (24 V pour le corps humain).

C’est aussi l’occasion de prévenir contre les risques liés aux courants d’intensité trop forte et

aux tensions élevées. Les propriétés de la tension seront vérifiées expérimentalement. Les

conventions de signe pour u et i seront précisées.

On introduira la convention récepteur qui permettra, entre autres, d’établir plus tard la

relation u = r i – e.

La notion de tension variable pourrait être introduite à partir d’expériences simples telles que

la mise en rotation d’un aimant au voisinage d’une bobine connectée à un voltmètre ou

mieux à un oscillographe. On distinguera tension continue et tension variable, tension

alternative et tension non alternative, tension périodique et tension non périodique.

La visualisation des tensions à l’oscillographe sera d’un grand apport pour cette partie.

A partir de cette visualisation à l’oscillographe les élèves apprendront à déduire la valeur

maximale, la période et la fréquence d’une tension sinusoïdale ou d’une tension

rectangulaire. On donnera la relation entre tension efficace et tension maximale d’une

tension sinusoïdale.

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CHAPITRE : P5 Dipôles passifs. Durée : 6 h CLASSE : 2° S


Distinguer dipôle actif et dipôle passif. Réaliser un montage potentiomètrique. Tracer les caractéristiques de dipôles passifs Exploiter les caractéristiques de dipôles passifs. Reconnaître les caractéristiques de quelques dipôles passifs(résistor, varistance, diode simple et diode Zener) Appliquer la loi d’ohm pour un résistor. Utiliser les lois d’association des résistors. Donner l’utilisation pratique de quelques dipôles passifs (résistor, VDR, diodes…) Tenir compte des limites de fonctionnement d’un dipôle. Prendre des mesures de sécurité pour l’utilisation des dipôles.

Dipôles - notion de dipôle - catégorisation, montage potentiomètrique. Dipôle passif linéaire -caractéristiques courant-tension (et tension-courant ) -loi d’ohm, -résistance et conductance, - lois d’association des résistors. Dipôles passifs non linéaires . • VDR, • Diodes Limites de fonctionnement . intensité et tension limites mesures de sécurité.

Expérience : réalisation de circuits pour la catégorisation des dipôles en dipôles passifs et dipôles actifs. Réalisation du montage potentiomètrique. Etude expérimentale du conducteur ohmique .Expérience : lois d’association des résistors. Expérience : détermination des facteurs dont dépend la résistance d’un fil métallique homogène de section constante Etude expérimentale : tracé de caractéristiques ; visualisation à l’oscilloscope.

Commentaires.


Rechercher les composants électriques utilisés fréquemment. Les classer en générateurs de courant et en récepteurs de courant. Quelle (s) utilisation (s) pratiques fait-on de ces appareils ?

L’étude devra être expérimentale et se faire dans la mesure du possible en TP. La réalisation

de circuits simples (exemple allumer une ampoule au moyen d’un dipôle donné et de fils de

connexion ou mesurer la tension à vide) permettra de classer les dipôles en dipôles actifs et

dipôles passifs. L’étude du conducteur ohmique sera l’occasion d’utiliser le montage

potentiométrique .

Les valeurs mesurées pour l’intensité du courant traversant le résistor et la tension entre ses

bornes permettront aux élèves de tracer la caractéristique courant tension U = f(I) ou tension

courant I = f(U) du dipôle. L’exploitation de cette caractéristique leur permettra de découvrir

le caractère linéaire et symétrique de ce dipôle et de confirmer son caractère passif.

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On en déduira la résistance du dipôle (ou sa conductance) mais également la loi d’Ohm pour

le conducteur ohmique. Le multimètre sera utilisé en ohmètre pour la détermination pratique

de la résistance. D’autres dipôles passifs seront étudiés parmi lesquels la varistance

(exemple de dipôle passif symétrique non linéaire) et les diodes à jonction (dipôles passifs

non symétriques). Les caractéristiques de ces dipôles pourraient être tracées point par point

après le relevé des mesures et/ou visualisées à l’oscillographe.

Cette étude sera ponctuée au fur et à mesure par des explications sur l’utilisation courante

qui est faite de chaque type de dipôle.

La prise en compte des limites de fonctionnement des dipôles et les mesures de sécurité

dont il faut se prémunir pour leur emploi sont à souligner.

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CHAPITRE : P6 Dipôles actifs. Durée : 4 h CLASSE : 2° S


Distinguer convention générateur et convention récepteur. Exploiter la caractéristique d’un dipôle actif linéaire. Déterminer la fem et la résistance interne d’un dipôle actif linéaire. Utiliser la loi d’Ohm pour un dipôle actif linéaire Utiliser la loi d’association en série directe ou inverse des dipôles actifs linéaires. Donner quelques exemples de générateurs usuels de courant. Donner quelques utilisations pratiques de dipôles actifs. Prendre des mesures de sécurité. Appliquer la loi de Pouillet.

Rappels et compléments - Dipôle actif. - Convention générateur. Dipôles actifs linéaires - Force électromotrice - Résistance interne - loi d’ohm, - intensité de court circuit - lois d’association en série directe et série inverse. Générateurs usuels . - source de tension idéale. - accumulateur, - redresseurs, - photopiles, - loi de Pouillet

Schématisation : convention générateur Etude expérimentale de la pile Expérience : lois d’association. Etude de la caractéristique d’un accumulateur. Expérience : vérification de la loi de Pouillet.

Commentaires


1. Que signifient : pile, batterie, photopile, accumulateur, générateur ? 2 Recherche documentaire sur l’historique des piles

A titre introductif la représentation symbolique d’un dipôle actif sera rappelée et l’on

introduira à ce niveau la convention générateur. Distinction en sera faite avec la convention

récepteur.

On utilisera la convention générateur pour établir la relation entre la tension aux bornes

d’une pile UPN et l’intensité du courant qui la traverse. Pour cela, en TP, les élèves

réaliseront le montage potentiométrique afin de dresser un tableau de mesures de UPN et I.

Ils pourront utiliser aussi simplement un circuit série comportant une pile et un rhéostat.

Ils pourront tracer la caractéristique courant-tension dont l’exploitation graphique et

analytique permettra de déduire les paramètres caractéristiques de la pile (f.e.m, résistance

interne) et le courant de court-circuit.

On en déduira la loi d’Ohm pour un dipôle actif linéaire en précisant les conventions

utilisées :

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UPN = E – r I (convention générateur) UNP = r I - E (convention récepteur)

Dans la suite, pour éviter les confusions on s’en tiendra à la convention récepteur qui

présente l’avantage de permettre d’établir la loi d’Ohm généralisée sous la forme u = ri – e

A partir de cette étude générale du dipôle actif linéaire, on déduira les cas limites constitués

par la source idéale de tension et l’accumulateur.

On soulignera l’utilisation faite de quelques générateurs usuels : accumulateurs

(automobiles), redresseurs (chargeurs de batteries), photopiles (chauffage, électricité

domestique)

La loi de Pouillet sera établie dans le cas simple d’un circuit série comportant un dipôle actif

et un ou plusieurs résistors.

CHAPITRE : P7 Amplificateur opérationnel : amplification d’une

tension

Durée : 6H CLASSE : 2° S


Distinguer les bornes d’un amplificateur opérationnel ( entrées inverseuse E-, non inverseuse E+ et sortie S). Utiliser la représentation symbolique d’un A.O. Utiliser les propriétés de l’amplificateur opérationnel parfait en régime linéaire( UE

+ = UE- ou

ε = 0 ; I+ = I- = 0 ) Distinguer les montages amplificateurs inverseur, non inverseur avec le montage suiveur. Réaliser des montages avec l’A.O Calculer le gain d’un amplificateur.

Amplificateur opérationnel. - Description et

caractéristiques. - Fonctionnement d’un A.O. Amplification d’une tension. - Gain d’un amplificateur - Montage amplificateur non

inverseur - Montage amplificateur

inverseur - Montage suiveur

Observations Expérience descriptive. Expériences : montages amplificateurs inverseur, non inverseur, montage suiveur.

Commentaires


Recherche documentaire : utilisation pratique de l’amplificateur opérationnel

Ce chapitre complète l’utilisation des « composants » déjà entamée en électrocinétique

(chapitre P5) et constitue une initiation à l’électronique. A travers ce chapitre et dans d’autres

qui seront étudiés en classe de première les élèves devront découvrir que les amplificateurs

opérationnels (A .O) apportent des solutions simples et élégantes à de nombreux problèmes

de l’Electronique moderne : ils permettent soit d’amplifier des tensions avec un gain positif

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ou négatif, soit de réaliser des « opérations mathématiques » : addition, soustraction,

multiplication, combinaison linéaire….de deux tensions.

A partir d’une étude expérimentale on pourrait :

- présenter concrètement l’amplificateur opérationnel de façon que les élèves puissent

découvrir ses huit bornes et distinguer surtout les entrées E+, E-, la sortie S et les bornes

d’alimentation + VCC et - VCC

- expliquer la polarisation de l’A.O par des alimentations symétriques.

- distinguer « tension entrée non inverseuse », « tension entrée inverseuse » et « tension

de sortie » (on expliquera que dans l’amplificateur opérationnel les tensions sont évaluées

par rapport à la « masse »)

- distinguer « courants d’entrée » I+, I- et le « courant de sortie » Is

Les élèves apprendront à utiliser correctement l’A.O et à le représenter symboliquement

avec les tensions et intensités caractéristiques ou inversement à lire et exploiter la

représentation d’un montage avec l’A.O.

Deux cas de fonctionnement de l’A.O retiendront l’attention : le fonctionnement en saturation

et le fonctionnement linéaire.

Le cas idéal important de l’A.O parfait en régime linéaire sera retenu et utilisé pour toute la

suite.

L’utilisation de l’A.O pour l’amplification d’une tension sera expérimentale : la réalisation d’un

montage amplificateur non inverseur avec visualisation à l’oscilloscope permettra de

comparer tension d’entrée et tension de sortie et par suite de découvrir le rôle d’amplificateur

que peut jouer l’A.O ; le gain sera défini. Les résultats expérimentaux seront retrouvés

théoriquement à partir des acquis des chapitres P3 et P4 (application des propriétés de

l’intensité et de celles de la tension électrique). On traitera de même le montage

amplificateur inverseur et le montage suiveur.


1/ Circuit électrique du vélo.

Le vendeur de charbon du quartier vient d’acheter un « vélo d’occasion » ne possédant pas

de circuit d’éclairage.

Proposer lui une liste du matériel à acheter ; faire le schéma annoté du montage à réaliser

pour son circuit d’éclairage et aider le à réaliser et faire fonctionner correctement ce circuit.

2/ Réalisation d’un circuit va et vient.

3/ Simulation d’une installation domestique permett ant d’allumer de manière

indépendante trois lampes.

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PARTIE : MECANIQUE

CHAPITRE : P8 Généralités sur le mouvement. Vitesse Durée : 5 h CLASSE : 2° S


Illustrer la notion de mouvement par des exemples. Illustrer la relativité du mouvement par des exemples. Relier trajectoire d’un mobile et référentiel. Faire un choix judicieux du référentiel et du repère pour l’étude d’un mouvement. Exploiter des enregistrements Distinguer translation et rotation. Déterminer la mesure de la vitesse (calcul, exploitation de documents et d’expériences). Déterminer le vecteur vitesse d’un point matériel. Déterminer la vitesse angulaire

Mouvement . Exemples. Relativité du mouvement Référentiels. Translation et rotation. concept de référentiel et exemples (héliocentrique, géocentrique et terrestre). Repères d’espace et de temps. Trajectoire et référentiel. Translation et rotation. Vitesse . Vitesse d’un point matériel. Vecteur vitesse. .Vitesse angulaire

Observations (chute des corps, véhicule, tapis roulant) Observations. Exploitation d’enregistrements (voir documents CN) Observations. Calculs. Exploitation d’enregistrements (voir documents CN). Schématisation.

Commentaires


1 Mouvement et repos ? Quelle frontière ? Répondre en prenant des exemples dans votre entourage. 2 Enregistrer le mouvement d’un objet ponctuel sur un disque en rotation dans les cas suivants : - l’objet est fixé en un point du disque par de la colle, - l’objet est lancé initialement suivant un rayon du disque, du centre vers la périphérie.

Pour chaque cas, déterminer la trajectoire de l’objet par rapport au disque lui-même, puis par rapport à la table sur laquelle repose le tourne-disque.

Des exemples familiers aux élèves (bicyclette, chute d’objets, véhicule, tapis roulant…)

pourraient permettre d’illustrer la notion de mouvement et de montrer son caractère relatif.

On justifiera alors la nécessité du choix d’un référentiel et d’un repère associé pour l’étude

du mouvement.

A partir d’exemples on pourrait faire la distinction entre translation et rotation.

La vitesse pourrait être introduite à partir du mouvement d’un point matériel.

L’exploitation de résultats de mesures ou d’enregistrements devrait permettre d’asseoir les

concepts de vitesse moyenne, vitesse instantanée et vecteur vitesse mais aussi de la notion

de vitesse angulaire et de sa mesure (dans des cas simples de rotation).

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CHAPITRE : P9 Généralités sur les forc es Durée : 4 h CLASSE : 2° S


Identifier certaines interactions entre objets Distinguer interaction de contact et interaction à distance. Identifier une force par ses effets. Rappeler les caractéristiques d’une force. Représenter une force. Utiliser le principe des interactions.

Interaction entre objets . Interaction de contact Interaction à distance système La force Effets Caractéristiques et représentation : tension d’un fil ou d’un ressort, réaction d’un support. .Forces localisées et forces réparties. .Forces extérieures et forces intérieures.Le principe des interactions Enoncé du principe Exemples d’illustration.

Observations simples Expériences Expériences Schématisation. Illustrations

Commentaires


1 Citez des corps en interaction. Quels types d’interactions connaissez vous ? 2 Dans le langage courant à quelles occasions parle-t-on de force ? Quelle signification donner au concept de force ?

A partir d’observations et d’expériences (raquette- balle de tennis, aimant- aimant, pendule-

pendule …) on pourrait illustrer /distinguer l’interaction de contact et l’interaction à distance.

Pour des raisons d’ordre pédagogique le phénomène d’interaction sera d’abord étudié entre

objets pris au voisinage immédiat de l’élève ; l’interaction gravitationnelle ne sera étudiée

que plus tard en terminale.

Le concept de force pourrait être introduit comme représentant l’action que subit un objet en

interaction avec un autre. Par la suite, par des exemples variés, on montrera comment la

force peut être caractérisée ou définie par ses effets dynamiques et statiques.

Les caractéristiques d’une force pourraient être dégagées à partir de l’analyse d’un exemple

simple de force tel que la force s’exerçant par l’intermédiaire d’une tige ou d’un câble. La

représentation vectorielle de la force suivra.

Le dynamomètre sera présenté comme appareil servant à mesurer l’intensité d’une force ;

on expliquera brièvement son principe. Des exemples de dynamomètres seront donnés.

On illustrera le principe des interactions à partir de cas simples. On en donnera la

formulation.

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CHAPITRE : P10 La masse. Le poids. La relation entre poids et masse.

Durée : 5h CLASSE : 2° S


- Déterminer les valeurs de la masse et du volume d’une substance solide ou liquide , sa masse volumique - Donner les valeurs numériques de la masse volumique ou de la densité de quelques substances (eau, air) - Utiliser la relation entre la masse, la masse volumique et le volume.. - Déterminer la densité relative. - Déterminer les caractéristiques du poids d’un corps et de celles du vecteur champ de pesanteur. - Faire la représentation vectorielle du poids d'un corps. - Distinguer le poids et la masse. - Utiliser la relation entre le poids et la masse (P = m*g).

Masse - Définition - Mesures, unités Masse volumique - Densité - Définition - mesures Poids - Mise en évidence - Caractéristiques - mesures, unités - Représentation vectorielle Relation entre poids et masse - Intensité de la pesanteur

Expérience : utilisation de la balance. Expérience : détermination de la masse volumique et de la densité. Expérience : recherche des caractéristiques du poids, utilisation du dynamomètre. Expérience : établissement de la relation entre poids et masse.

Commentaires


1. Masse ou poids ? Relevez sur différents objets de votre entourage les indications relatives à ces deux grandeurs. Quelles remarques peut-on faire ? 2 Masse et poids représentent-ils la même grandeur physique ? Si non quelle (s) différence(s) faire entre ces deux grandeurs ?

- Insister sur les propriétés caractéristiques de la masse : grandeur scalaire extensive, valeur

constante indépendante du lieu pour un corps donné. Présenter la balance et faire réaliser

des mesures avec. Donner l'unité de masse dans le système international ainsi que ses

multiples et ses sous-multiples.

- Définir la masse volumique d'une substance comme étant le rapport de la masse sur le

volume de cette substance. Donner son unité dans le système international ( le kilogramme

par mètre cube : kg.m-3) et quelques unités usuelles (kg.L-1, g.L-1, kg.dm-3, g.cm-3). Préciser

que la masse volumique est une grandeur caractéristique de la substance.

Déterminer expérimentalement la masse volumique de quelques substances homogènes.

Donner des exemples de valeurs numériques de masse volumique

- Présenter la densité relative comme le rapport de deux masses volumiques : ρρ

B

Ad BA =/ ;

B étant la substance de référence. Signaler que pour les liquides et les solides l'eau est

en général prise comme référence, et pour les gaz, l'air.

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- A partir de l'observation du mouvement de chute d'un corps (pierre, bille…) et de la

déformation d'un ressort auquel est suspendu un corps, mettre en évidence le poids puis le

définir.

- Dégager expérimentalement les caractéristiques du poids (droite d'action, sens, point

d'application : centre de gravité, intensité).

- Etablir expérimentalement la relation P = m*g, la constante g étant l'intensité du champ de

la pesanteur au lieu où se fait l'expérience.

- Insister sur la différence entre le poids et la masse. CHAPITRE : P11 Equilibre d’un solide soumis à des forces non parallèles

Durée : 6h CLASSE :2° S


Identifier des forces non parallèles, des forces coplanaires. Réaliser l’équilibre d’un solide à l’aide de forces non parallèles. Traduire la condition d’équilibre d’un solide soumis à des forces non parallèles. Exploiter la condition d’équilibre d’un solide soumis à des forces non parallèles. Appliquer la règle de composition des forces. Déterminer les caractéristiques de la force de tension d’un ressort ou d’un fil, la réaction d’un support, la force de frottement…..

* Equilibre sous l’action de forces non parallèles : Forces non parallèles Forces coplanaires Conditions nécessaires d’équilibre. Couple de forces * Loi de composition des forces : Résultante de deux forces Résultante de plusieurs forces

Observations Schématisation Expérience : équilibre d’un solide Observations Représentation : règle du parallélogramme Expérience Schématisation.

Commentaires


Recherchez dans votre entourage des objets en équilibre. Faites l’inventaire des forces qui leur sont appliquées ? Pouvez vous caractériser ces forces ? Quelle relation existe entre ces forces ?

A partir d’expériences simples pouvant utiliser un corps léger accroché à plusieurs

dynamomètres, on établira les conditions nécessaires d’équilibre.

Dans l’ordre on traitera successivement le cas d’un solide soumis à deux forces puis celui

d’un solide soumis à trois forces concourantes. Les résultats obtenus seront généralisés.

Insister sur le fait que les conditions d’équilibre ainsi établies sont nécessaires mais non

suffisantes, la preuve en sera donnée par des contre-exemples (couple de forces…). Pour

concrétiser on donnera, expérimentalement ou sous forme d’exercices, plusieurs cas

d’équilibre dont :

- l’équilibre d’un solide suspendu à un fil ou à un ressort ; ce qui permet de rappeler la

force de tension. Ensuite on procédera à l’étalonnage d’un ressort.

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- l’équilibre d’un solide posé sur un plan horizontal ou sur un plan incliné non lisse (forces

de réaction). On introduira la force de frottement. L’équilibre d’un solide soumis à trois

forces concourantes permettra de préciser la signification physique de la résultante de

deux forces après en avoir donné la règle de construction (règle du parallélogramme)

Les notions de système, forces intérieures, forces extérieures prennent ici

toute leur importance. Tout au long de ce chapitre on habituera les élèves à :

- définir un système,

- préciser le référentiel d’étude (référentiel terrestre supposé galiléen),

- inventorier et représenter les forces extérieures appliquées à ce système,

- appliquer les conditions nécessaires d’équilibre.

En exercice divers exemples traitant de l’équilibre d’un solide seront traités.

Si cela n’a pas été fait en début d’année il sera nécessaire de faire des rappels

mathématiques (formules de trigonométrie, relations métriques dans le triangle rectangle,

éléments de géométrie, choix d’échelles), rappels dont on se servira dans le cours et

particulièrement dans la résolution d’exercices par les méthodes graphique, géométrique et

analytique.

CHAPITRE : P12 Equilibre d’un solide mobile autour d’un axe fixe.

Durée : 5h CLASSE : 2° S


Identifier axe et sens de rotation ; Evaluer le moment d’une force. Réaliser l’équilibre d’un solide pouvant tourner autour d’un axe. Traduire la condition d’équilibre d’un solide mobile autour d’un axe ; Exploiter la condition d’équilibre d’un solide mobile autour d’un axe ; Traduire les conditions générales d’équilibre d’un système. Exploiter les conditions générales d’équilibre d’un système. Déterminer les caractéristiques d’un couple de forces (sens et moment du couple). Donner des applications pratiques du théorème des moments : balance et machines simples.

* Rotation autour d’un axe : - Axe et sens de rotation, - Force orthogonale à un axe, - Distance de la ligne d’action d’une force à l’axe. * Moment d’une force par rapport à un axe . : - Facteurs dépendants, - Expression algébrique. * Equilibre d’un solide mobile autour d’un axe . - Théorème des moments. - Conditions générales d’équilibre. * Couples de forces : - Notion de couple. - Couple de torsion - Moment d’un couple * Applications : - Balance. - Machines simples : poulie, levier, treuil….

Observations, Schématisation. Expérience : disque mobile autour d’un axe. Expérience : équilibre d’un solide autour d’un axe. Représentation. Expérience : pendule de torsion Expériences

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Reprendre les mêmes activités préparatoires que précédemment mais s’intéresser aux solides pouvant tourner autour d’un axe et qui sont en équilibre. Répondre aux mêmes questions

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A partir de l’observation de systèmes familiers aux élèves tels que la porte on pourrait définir

les notions de mouvement de rotation, d’axe de rotation et de sens de rotation, puis chercher

qualitativement les facteurs dont dépend l’effet de rotation d’une force sur un solide mobile

autour d’un axe. On mettra à profit les acquis du chapitre P8.

Une étude quantitative pourrait suivre : entre autres moyens on pourrait utiliser le dispositif

simple constitué d’un « disque homogène de plan vertical mobile autour d’un axe horizontal

passant par son centre » ; avec ce système on montrera que des forces ayant même effet de

rotation sur le disque ont le même produit F d. On définira avec précision le moment d’une

force en insistant sur son caractère algébrique.

Le même dispositif pourrait servir à établir le théorème des moments : le disque étant en

équilibre sous l’action de plusieurs forces on vérifiera que la somme algébrique des

moments de ces forces est nulle.

Cette condition sera complétée par la condition d’immobilité du centre d’inertie pour

constituer les conditions générales d’équilibre :

Σ exFv

= Or

(relation vectorielle) Condition d’immobilité du centre d’inertie.

Σ MFex = 0 Condition de non rotation du solide autour de l’axe.

On insistera sur le fait que ces conditions sont nécessaires mais non suffisantes, ce qu’on

pourrait étayer par des contre-exemples.

Après avoir rappelé la définition d’un couple de forces ; on établira à partir d’exemples

l’expression de son moment. Le cas particulier du couple de torsion pourrait faire l’objet

d’une étude expérimentale qui permettrait d’établir la relation M = - Cθ et de définir la

constante de torsion d’un fil. Des applications pratiques (balances, machines simples telles

que poulie, levier, treuil…) pourraient être données pour clore ce chapitre.


1 Stabilité d’une échelle. Un peintre effectue le ravalement d’une façade de maison. La masse du peintre et du bidon de peinture est de 80 kg. Il appuie contre le mur son échelle de longueur AB = 4 m, de masse 20 kg et monte sur celle-ci pour travailler. A est le point de contact de l’échelle avec le sol et B est son point de contact avec le mur. Le centre de gravité de l’ensemble est le point G situé à 2,768 m de A. L’angle aigu que fait le plan de l’échelle (AB) avec le sol, a pour mesure 60°. Le mur est lisse et la réaction du mur en B est une force de direction horizontale. a) Déterminer les caractéristiques des forces qui s’exercent sur l’échelle b) Le peintre descend. Comment évoluent les caractéristiques de ces forces ? 1/ Soulever une dalle pour sauver des vies à l’aide d’un levier.

2/ Immobiliser un véhicule sur un plan incliné.

3/ Comment éviter qu’une branche que l’on coupe ne tombe sur des fils électriques ?

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PARTIE : OPTIQUE.

CHAPITRE : P13 Propagation rectiligne de la lumière Durée : 3 h CLASSE : 2° S


- Distinguer une source primaire (réelle) d’une source secondaire(apparente) - Distinguer les sources des récepteurs de lumière. - Identifier expérimentalement des milieux transparents, translucides et opaques. - Restituer le principe de la propagation de la lumière. - Mettre en évidence la propagation rectiligne de la lumière. - Expliquer la formation des ombres et des pénombres. - Déterminer la hauteur d'un objet par visée. - Expliquer le phénomène d'éclipse.

Sources et récepteurs de lumières : -Types de sources - Récepteurs de lumière. Propagation rectiligne de la lumière - Faisceaux lumineux (convergent, divergent, cylindrique) - Rayon lumineux - Milieu homogène - Milieu transparent, translucide, opaque - Vitesse ou célérité de la lumière - Année lumière Ombres et pénombres - Ombre propre et ombre portée - Pénombre propre et pénombre portée Applications - Visée - Chambre noire - Eclipses

- Observations et utilisation de sources lumineuses. - Expériences : utilisation du "Kitoptic", utilisation du banc d'optique. - Visualisation sur un écran de l'ombre portée et de la pénombre portée d'un objet. - Réalisation de visées. - Confection d'une chambre noire.

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1 Chercher une boîte opaque. Découper l’une des faces et la remplacer par un verre dépoli de même dimension (ou du papier huilé). Percer une très petite ouverture sur la face opposée au verre dépoli. Orienter l’ouverture vers un objet tel qu’une bougie allumée. décrire ce que l’on observe sur le verre dépoli. Interpréter. 2 Recherche documentaire sur les sources et récepteurs de lumières, sur les éclipses,

…

- On pourrait partir du vécu de l'élève pour dégager les concepts de source réelle ou primaire

(filament de la lampe ou flamme), source secondaire ou apparente (objet environnants) et de

récepteur de lumière.

Par suite on pourrait :

- donner d'autres exemples de sources et les classer en :

sources réelles (ou primaires) : Soleil, étoiles, corps incandescents, luciole… qui

produisent la lumière.

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sources apparentes (ou secondaire) : Lune, planètes…qui renvoient la lumière.

- faire remarquer que certaines sources sont naturelles (Soleil, Lune, étoile, luciole…),

d'autres artificielles (lampe, bougie…).

- réaliser une expérience montrant le comportement d'un récepteur : sous l'effet de la

lumière, un récepteur subit une transformation.

- donner des exemples de récepteurs :

récepteurs naturels : feuilles des plantes chlorophylliennes, œil…

récepteurs artificiels : pellicules photographiques, chlorure d'argent, lunettes

photosensibles…

- faire la distinction entre source apparente et récepteur de lumière.

- A partir d'expériences simples, on pourrait montrer la propagation rectiligne de la lumière et

définir les différents milieux (transparent, translucide et opaque).

- A partir de l'éclairement d'un objet opaque par une source lumineuse, visualiser sur un

écran les ombres et pénombres portées que l'on distinguera respectivement de l'ombre

propre et de la pénombre propre.

- On expliquera aux élèves la formation des images dans une chambre noire. On

demandera, si possible à chaque élève, de réaliser une chambre noire.

- A titre d'application on leur expliquera les éclipses de Lune et de Soleil (faire exploiter si

possible des documents et films vidéo)

- On donnera la valeur approchée de la vitesse de la lumière dans le vide (300000 km/s)

ainsi que la définition de l'année lumière pour exprimer des distances astronomiques dont on

donnera quelques exemples.

- On pourra déterminer les dimensions d'un objet (arbre, immeuble,…) par visée en

utilisant des aiguilles ou une règle.

CHAPITRE : P14 Réflexion de la lumière Durée : 5 h CLASSE : 2° S


- Distinguer diffusion et réflexion. - Utiliser les lois de la réflexion. - Tracer la marche d’un rayon lumineux. - Construire l'image d'un objet donné par un miroir plan. - Donner les caractéristiques de l'image d'un objet réel donnée par un miroir plan. - Appliquer la réflexion dans la vie courante.

Réflexion de la lumière - Réflexion diffuse et réflexion spéculaire. - Miroir plan. - Milieu réfringent. - Rayon incident, rayon réfléchi,angle d'incidence et angle de réflexion. - Lois de Descartes pour la réflexion. - Objet réel, objet virtuel. - Image virtuelle, image réelle. Applications:

- Expérience : mise en évidence du phénomène. - Réalisation de l'expérience des deux « bougies ». - Expérience : Vérification des lois de la réflexion (utilisation du "Kitoptic" et/ou du dispositif avec tableau magnétique ).

80

Commentaires


Recherche documentaire : 1 Les miroirs 2. La formation des images

- Le chapitre pourrait démarrer par la mise en évidence et la distinction des phénomènes de

réflexion diffuse de réflexion spéculaire (c'est à dire par un miroir). On pourra en profiter pour

définir les miroirs plans.

- On fera ensuite une étude expérimentale pour définir les concepts (rayon incident, rayon

réfléchi…); les lois de Descartes pour la réflexion devront être établies en travaux pratiques

par les élèves.

- L’étude du phénomène de réflexion permettra d’illustrer la formation des images. Tout au

long du cours on apprendra aux élèves à tracer le cheminement d’un rayon lumineux à

travers d’un système optique.

CHAPITRE : P15 Réfraction - dispersion de la lumière Durée : 7 h CLASSE : 2° S


- Distinguer diffusion, réflexion et réfraction. - Utiliser les lois de la réfraction. - Tracer la marche d’un rayon lumineux. - Appliquer la réfraction dans la

vie courante. - Retenir l’ordre de déviation des radiations de la lumière blanche vers la base du prisme, - Distinguer lumière polychromatique et lumière monochromatique, - Expliquer le phénomène de l’arc en ciel,

Réfraction de la lumière - Rayon réfracté - Angle de réfraction. - Lois de Descartes pour la réfraction. - Indice de réfraction. - Angle limite de réfraction et réflexion totale Applications: - Fontaine lumineuse. - Fibre optique. - …………….. Dispersion de la lumière blanche par un prisme

- Expérience : mise en évidence du phénomène. - Expérience : vérification des lois de la réfraction (utilisation du "Kitoptic" et/ou du dispositif avec tableau magnétique) - Mise en évidence du phénomène de dispersion de la lumière blanche à l’aide du prisme.

Commentaires


Recherche : 1 La fibre optique : constitution, utilisations. 2. L‘arc-en-ciel

81

- Qualitativement on mettra d'abord en évidence le phénomène de réfraction ; à cette fin

plusieurs expériences pourront être réalisées : passage de la lumière de l’air au verre ou à

l’eau, expérience du bâton brisé, …

- Une étude expérimentale réalisée par exemple avec le Kit Optic permettra de vérifier les

lois de Descartes pour la réfraction. Ces lois seront établies par les élèves en travaux

pratiques. Tout au long du cours on apprendra aux élèves à tracer le cheminement d’un

rayon lumineux à la traversée d’un système optique.

- Comme applications on expliquera le principe des fibres optiques, les fontaines

lumineuses, la pêche au harpon…etc.

- On pourrait également utiliser le Kit optic pour faire découvrir expérimentalement :

* la déviation de la lumière vers la base du prisme,

* la décomposition de la lumière blanche en plusieurs couleurs : c’est la dispersion,

* l’ordre de dispersion de la lumière blanche du violet au rouge.

- On retiendra que la lumière blanche est formée de plusieurs radiations correspondant à des

fréquences déterminées. On distinguera par l’occasion lumière monochromatique et lumière

poly chromatique.

- On expliquera simplement la formation de l’arc en ciel.

- On ne traitera pas non plus des formules du prisme.


1/ Eclipse

En une nuit de claire de lune le muezzin du village alerte la population de ’’l’arrestation de la

Lune’’. Au niveau de chaque concession, des prières sont formulées pour demander ‘’grâce’’

au Seigneur.

Proposer une explication scientifique de ce phénomènes.

2 /Pièce de monnaie

On met une pièce de monnaie dans un gobelet opaque. Un observateur fixe regardant la

pièce, on déplace le gobelet jusqu’à ce qu’il ne voie plus cette pièce. On ajoute alors de l’eau

dans le gobelet jusqu’à ce que la pièce lui apparaisse. Expliquer le phénomène.

3 / Pêche au harpon

Une cuve contient de l’eau dont la surface libre est AB. Sur une même verticale OP se

trouve en O, à 1,20 m au dessus de AB, l’œil d’un observateur. En P, à 0,80 m au dessous

de AB, se trouve l’œil d’un poisson.

A quelle distance l’observateur croit-il voir l’œil du poisson ? A quelle distance le poisson

voit-il l’observateur ?

Expliquer le principe de la pêche au harpon

82

PROGRAMME DE CHIMIE

Il est essentiel que les élèves acquièrent à la fois un esprit d’observation et un savoir faire

expérimental propres à la chimie. L'enseignement à ce niveau doit rapprocher la chimie de la

vie quotidienne et être dispensé de façon pratique.

Tout au long de ce cours de chimie, on présentera au moment opportun le matériel utilisé.

On insistera sur l'importance de la verrerie très utilisée en chimie pour sa résistance aux

agents corrosifs et pour sa transparence. On donnera pour chaque matériel présenté, le

schéma et le nom.

Les compétences d’année en chimie

Compétence 4

A la fin de la classe de seconde, l’élève ayant acquis les savoirs, savoir-faire et savoir- être

relatifs à la structure de la matière (connaissance de la matière, techniques de base de la

chimie) doit les intégrer dans des situations familières de résolution de problèmes :

catégorisation de milieux, séparation, purification de substances chimiques, identification

(dans des cas simples)

Compétence 5


relatifs aux transformations chimiques (caractéristiques des transformations, équation -

bilan, bilan molaire) doit les intégrer dans des situations d’explication et de résolution de

problèmes :

83

Les chapitres

CHAPITRE : C1 Mélanges et corps purs Durée : 5 h CLASSE : 2° S


* Citer les différents

changements d’état * Faire le schéma annoté des

méthodes de séparation. * Distinguer mélange homogène

et mélange hétérogène. * Distinguer mélange et corps

purs. * Connaître quelques critères de

pureté de l’eau. Identifier expérimentalement un corps pur simple et /ou un corps pur composé. Caractériser l’air par sa composition. Réaliser la séparation de mélanges.

* Etats physiques , changements d’états - Divers états. - Changements d'état * Mélanges et procédés de séparation . - Mélanges hétérogènes

homogènes,. - Méthodes de séparation des

constituants d’un mélange : décantation, filtration, distillation, congélation.

-Analyse immédiate. * Corps purs . - constantes physiques. critères

de pureté * Corps purs composés et corps purs simples - analyse élémentaire. * Autres exemples de mélanges et de procédés de séparation mélange gazeux : air, - mélange solide : fer-soufre, - mélange liquide: liquides miscibles et liquides non miscibles, - mélange liquide- gaz

* Observations d’échantillons

de matière. * Etude de la fusion de la

glace, de l'ébullition de l'eau..*

* Expériences : méthodes de séparation (décantation, filtration, distillation).

. * Expériences : analyse et

synthèse de l'eau. * Mise en évidence du

dioxygène et du dihydrogène.

* Etude de la composition

volumique de l’air * Expérience de séparation :

triages mécanique, magnétique, dissolution…..

Commentaires


Recherche documentaire : - Traitement de l’eau - Cycle de l’eau

- Avant ou au début de ce chapitre et à titre introductif seront précisés quelques concepts

dont l'acquisition par les élèves est un pré requis nécessaire pour la suite : il s'agit des "états

de la matière", des "changements d'état physique". Les changements d'état pourront faire

l'objet d'illustrations expérimentales simples (exemple fusion de la glace). S'appuyant sur

l'exemple des changements d'état, on définira le phénomène physique ; une distinction plus

nette avec le phénomène chimique sera faite au chapitre "C6". On donnera les noms des

différents changements d'état (diagramme d'états physiques).

- Se basant sur les connaissances des élèves et l'observation de quelques échantillons de

substances naturelles telles que l'eau, on définira le concept de mélange hétérogène.

84

Mettant à profit l'expérience propre des élèves, on leur demandera de citer des moyens

utilisés pour séparer ces mélanges et l'on passera à la réalisation concrète de ces méthodes

de séparation en travaux pratiques, ce qui permet d’initier les élèves à la pratique de

quelques méthodes d'analyse immédiate (décantation, filtration, évaporation, distillation). A

l’issue de ces expériences, distinction sera faite entre mélange hétérogène et mélange

homogène d’une part puis mélange et corps purs d’autre part.

- On caractérisera le corps pur par ses constantes physiques et l'on précisera la signification

de "critères de pureté". Les critères de pureté de quelques corps familiers seront donnés.

- L'électrolyse et la synthèse de l'eau pure permettront d'illustrer quelques méthodes

d'analyse chimique qui seront complétées dans le chapitre "C2" ; on en déduira les concepts

de corps purs composés et corps purs simples. Divers exemples de corps purs simples et

composés seront donnés.

- A travers d'autres exemples de mélanges (solide/solide, gaz/gaz, liquide/liquide etc.) on

citera d'autres méthodes de séparation (triage mécanique, magnétique; réaction sélective ;

dissolution sélective ; effusion gazeuse ; centrifugation...). Parmi ces mélanges on donnera

l'exemple de l'air ; l'analyse qualitative et quantitative de l'air sera réalisée (expérience de la

combustion d'une bougie dans l'air).

- On donnera la composition volumique de l’air sec : diazote 78%, dioxygène 21%, autres

gaz 1% dont argon 0,93%.

On retiendra néanmoins que la composition approximative de l’air sec en volume est : 4/5 de

diazote et 1/5 de dioxygène.

85

CHAPITRE : C2 Eléments, atomes, classification périodique des éléments

Durée : 5 h Classe :2° S


. * Mettre en évidence quelques

éléments chimiques * Donner le nom et le symbole

des éléments des trois premières couches et de quelques éléments usuels (K, Ca, Fe, Cu, Ag, Zn, Pb, Hg...).

* Donner l'ordre de grandeur des dimensions, de la masse de l'atome et de son noyau

* Donner la composition d'un atome. * Représenter un nucléide * Ecrire la formule électronique

d’un atome,. et représenter sa structure électronique (à partir de la place de l’élément correspondant dans le tableau périodique et inversement, ou de la connaissance de son numéro atomique)

* Donner la représentation de Lewis d'un atome.

* Identifier des isotopes à partir d'une liste de nucléides.

* Utiliser la règle de l'octet. * Donner l'écriture d'un ion.

* Constituants de la matière. - Elément chimique - Atome. * Structure de l'atome. - Particules élémentaires:

électron, proton, neutron. - Nucléide - Symbolisme- isotopie. - Structure électronique - Structure de Lewis. - Valence * Classification périodique. - Principe de la classification. - Groupe, période. - Métal, non métal * Ion monoatomique

* Mise en évidence de la

présence d'un élément chimique dans différents corps purs.

* Utilisation des modèles moléculaires. * Représentation de structures

électroniques, de structures de Lewis d’atomes; écriture de formules électroniques.

* Confection du tableau

périodique pour les trois premières périodes

Commentaires


Recherche documentaire sur l’historique de l’atome (sens étymologique, découverte des particules subatomiques, modèles d’atomes) et celle de la classification périodique des éléments.

- L'étendue de ce chapitre, l'importance des concepts qui y sont étudiés, les difficultés que

les élèves éprouvent quant à l'acquisition de ces concepts, sont autant de raisons qui font

que le professeur doit y consacrer le temps qu'il faut tout en mettant l'accent sur l'essentiel. Il

peut être commode de subdiviser le chapitre en leçons portant sur les trois thèmes suivants :

* Eléments chimiques * Atomes * Classification périodique.

- Le concept d'élément chimique sera approché de façon expérimentale. Des expériences de

mise en évidence d'éléments chimiques seront faites. Entre autres possibilités on mettra en

évidence un ou deux de ces éléments :

* carbone : pyrolyse du sucre, du bois, combustion de l'essence de térébenthine...

86

* hydrogène : combustion de l'éthanol, du butane

* soufre : combustion fer soufre, action de l'acide chlorhydrique sur le sulfure de fer, action

du dioxygène de l'air sur le sulfure d'hydrogène

* cuivre : action de l'acide nitrique sur le métal cuivre, action de la poudre de zinc sur une

solution de sulfate de cuivre, réduction de l'oxyde de cuivre II par le carbone...

- Ces expériences permettent de définir l'élément chimique ; elles suggèrent qualitativement,

par ailleurs, la conservation des éléments ; l'aspect quantitatif de la conservation des

éléments sera précisé au chapitre "C6".

- On introduira le symbolisme des éléments ; divers exemples portant sur les éléments les plus

utilisés à ce niveau seront donnés.

- L'étude de l'atome débutera par son historique. A cette occasion seront citées quelques

expériences prouvant l'existence des particules élémentaires ainsi que la structure lacunaire

de l’atome (expérience de Rutherford par exemple).

- On introduira alors la notion de modèle et on en donnera quelques exemples pour l'atome.

Il n'est pas demandé une quelconque représentation de ces modèles.

- Le noyau sera représenté par le symbole Z

A X ; les significations du nombre de masse et

celle du numéro atomique seront précisées. On insistera sur l'ordre de grandeur des

dimensions et des masses de l'atome et du noyau.

- La notion d'isotopie sera définie et illustrée par quelques exemples. On pourra signaler la

stabilité ou l'instabilité des différents nucléides mais aucun développement n'est demandé

à ce sujet.

- L'étude de la structure électronique de l'atome demeure purement qualitative ; aucun

développement théorique ou calcul n'est à faire. Dès lors le modèle de Bohr, dénué de

son aspect quantitatif et réduit à une simple repré sentation d'orbites circulaires

concentriques, ne sera pas utilisé puisqu'il donne une fausse représentation de la

réalité . Sans chercher à représenter systématiquement la structure électronique de l'atome

on schématisera la quantification de l'énergie de l'atome : les niveaux d'énergie seront

figurés par des traits ou cases (ne signifiant pas "cases quantiques" ) où chaque électron

est représenté par un point.

- On insistera sur les règles d'occupation de ces niveaux et sur l'écriture des formules

électroniques. Le terme de "couche" s'il est employé devra prendre la signification de "niveau

d'énergie électronique" et non de "trajectoire où l'électron est localisé".

La notion de sous-couche est hors programme .

- A travers divers exemples les élèves seront entraînés, connaissant le numéro atomique, à

écrire la formule électronique et représenter la structure d'un atome.

- On expliquera également la structure de Lewis d'un atome et sa représentation. On en

déduira la notion de valence. On précisera la valence de quelques éléments (H, O, N, C, Cl).

87

- Le principe de la classification actuelle sera précisé. - En partant du cas simple de l'atome d'hydrogène et en poursuivant l’étude avec d’autres atomes on restituera progressivement la classification simplifiée qui sera la seule étudiée. Pour chaque atome on amènera les élèves à remplir une à une les différentes "couches électroniques". On indiquera le principe de la classification à sept périodes et dix-huit colonnes. - L'étude expérimentale des propriétés de quelques familles d'éléments (alcalins, alcalino-terreux, halogènes, gaz rares) permettra de montrer l'importance de la classification et d'expliquer la formation d'ions monoatomiques dont on donnera l'écriture. CHAPITRE : C3 Liaisons chimiques Durée : 4 h Classe : 2° S


* Donner des exemples de composés purement covalents.

* Donner le nom et la formule de quelques molécules usuelles (H2, O2, Cl2, N2, H2O, HCl, NH3, CO2..).

* Représenter la formule

développée et/ou le schéma de Lewis de quelques molécules simples.

* Citer des exemples de molécules à caractère ionique partiel. * Citer des exemples de composés

ioniques (NaCl). * Donner le nom et la formule

statistique de quelques composés ioniques (NaCl, CaCO3….).

* Dessiner la maille du chlorure de sodium (cubique à face centrée)..

* Confectionner des modèles moléculaires et des modèles de mailles cristallines.

* Liaison covalente . - Molécule. - Formule. - Atomicité. - Schéma de Lewis - Electronégativité, électropositivité. - Liaison polarisée * Liaison ionique . - Cristal ionique. -Formule statistique. * Structure de la matière : - Etat désordonné. - Etat ordonné : la structure cristalline

* Représentation de formules développées, de schémas de Lewis de molécules. * Construction et utilisation des modèles moléculaires. * Réaliser un modèle de

maille cristalline (par empilement et/ou collage de balles ou autres substituants).

* Utilisation de modèles moléculaires

* Utilisation de modèles de

structures cristallines

Commentaires


1 Citer des exemples de composés moléculaires et des exemples de composés ioniques, donner leur formule 2 Quelles sont les propriétés distinctives entre composés moléculaires et composés ioniques ?

- De nombreuses preuves expérimentales (compressibilité des gaz, diffusion d'odeurs dans

l'air et même photographie au microscope électronique) démontrent l'existence des

molécules. Toutefois, l'étude de la liaison covalente sera essentiellement descriptive. Il

s'agira de présenter la molécule comme un arrangement plus stable que les atomes pris

séparément, et la liaison inter atomique comme une interaction dans laquelle les électrons

88

de valence jouent un rôle décisif. On définira alors la liaison covalente entre deux atomes et

on énoncera la règle de l'octet (et du duet).

- En commençant par des corps simples moléculaires et en compliquant de plus en plus on

donnera l'écriture des formules brutes. On introduira le concept d'atomicité. On s'efforcera

d'être en accord avec les règles de nomenclature, en particulier on veillera à utiliser pour les

formules O2, O3, H2, P4 respectivement les noms dioxygène, trioxygène, dihydrogène,

tétraphosphore alors que les noms oxygène, hydrogène, phosphore seront réservés aux

éléments correspondants.

On habituera les élèves à écrire dans l'ordre la structure électronique des atomes, la

configuration électronique des molécules, leur schéma de Lewis et enfin leur formule

développée. Tenant compte de la différence d'électronégativité entre atomes, on introduira la

notion de liaison covalente polarisée.

On pourra illustrer la géométrie des molécules Cl2, N2, HCl, H2O, NH3, CH4, C2H6 et CO2.

Ce sera l'occasion de préciser la signification des formules développées. On utilisera

avantageusement des modèles moléculaires.

- La liaison ionique sera présentée comme une interaction électrostatique entre ions d'un

édifice chimique dont elle assure la cohésion. L'électroneutralité du composé ionique aidera

à écrire sa formule ionique puis sa formule statistique.

- Les structures géométriques de quelques composés ioniques seront décrites voire

modélisées.

- Signaler l'existence de la liaison covalente dative ce qui permettra d'introduire le concept

d'ions polyatomiques par des exemples simples tels que l'ion hydronium ou oxonium et

l'ion ammonium.

89

CHAPITRE : C4 Mole et grandeurs molaires Durée : 4 h Classe : 2° S


* Donner la double signification

du symbole des éléments et des formules des corps purs simples et/ou composés.

* Utiliser la relation entre nombre de moles, masse et masse molaire (ou nombre de moles, volume et volume molaire)

* Calculer des masses molaires. * Utiliser la valeur du volume

molaire dans les CNTP. * Calculer la densité d'un gaz par

rapport à l'air et /ou par rapport à un autre gaz..

* Mole. - Constante d'Avogadro. * .Masse molaire - Masse molaire atomique - Masse molaire moléculaire - masse molaire d’un composé ionique

.

* Volume molaire . - Loi d'Avogadro Ampère - équation d’état du gaz parfait - volume molaire normal. * Densité d'un gaz .

* Utilisation du tableau de

classification des éléments.

*- Calcul de masses molaires * Etablissement des relations entre quantité de matière, masse molaire et masse (ou volume molaire et volume) * Illustration de quelques propriétés des gaz par des expériences * Récupération d’un gaz par déplacement d'eau ou d'air. * Calcul de densité de gaz

Commentaires


1. Pouvez vous compter le nombre de grains d’arachide d’une récolte ? Expliquez comment on

estime cette récolte.

2. Combien d’atomes de fer y a – t -il dans un échantillon d’un mètre cube sachant que la masse volumique du fer est de 7,8 g. cm-3 et que la masse d’un atome de fer est de 8,9.10-23 kg ?

- On expliquera, avec des exemples d'illustration à l'appui, la nécessité de choisir une unité

internationale de quantité de matière. La mole, unité de quantité de matière, est définie

conventionnellement et le nombre d'Avogadro (ou mieux constante d'Avogadro) s'en déduit

immédiatement ; on donnera le symbole de la mole (mol), la valeur et l'unité de la constante

d'Avogadro (6,02.1023 mol-1), ce qui permettra de définir l'unité de masse atomique (c'est le

douzième de la masse de l’atome de carbone 12). Lorsqu'on emploie la mole, les entités de

matières doivent être spécifiées. Prenant différents exemples d'échantillons de matière on

montrera que les entités définissant la mole peuvent être des molécules, des ions, des

atomes, des électrons ou d'autres particules élémentaires.

- Par la suite on définira masse molaire, masse molaire atomique et masse molaire

moléculaire.

- On insistera sur les deux aspects quantitatifs du symbole d'un élément (et de la formule

d'une espèce chimique) :

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* à l'échelle microscopique : le symbole (ou la for mule) donne la composition en

nombre d'entités de matière.

* à l'échelle macroscopique : le symbole (ou la for mule) représente une mole d’entités

de matière.

- Divers exemples de calculs de masse molaire à partir de la connaissance des masses

atomiques seront faits.

- Qualitativement on pourra montrer à partir d'expériences simples (compression ou détente

à la température ambiante) que le volume d'une masse invariable de gaz dépend par

exemple de la pression à température fixée.

- On donnera sans démonstration l’équation d’état du gaz parfait PV = nRT ; on s’en tiendra

à donner la signification de T ( la température absolue) , son unité le kelvin (K) et la relation

avec la température Celsius soit T = t + 273 ; P est la pression du gaz: elle correspond au

nombre de chocs par unité de temps et par unité de surface, son unité SI est le pascal Pa (

signaler l’existence d’autres unités telles que l’atmosphère et le bar et leurs relations de

conversion)

- Le volume molaire sera défini et son unité précisée (L.mol-1).

- Après l'énoncé de la loi d'Avogadro Ampère, le volume molaire dans les CNTP sera

indiqué (22,4 L.mol-1) et les conditions normales de température et de pression précisées.

On amènera les élèves à calculer la densité d'un gaz par rapport à un gaz de référence

quelconque. On donnera le cas où l'air est le corps de référence et par suite l'expression de

la densité en fonction de la masse molaire : d = M/29.

91

CHAPITRE : C5 : Réactions chimiques. Equation-bilan Durée : 5 h Classe : 2° S


* Donner des exemples de réactions.

* Interpréter la conservation de la matière en terme de nombre d'atomes.

* Distinguer réactifs et produits. * Distinguer les proportions

stoechiométriques des nombres de moles de réactifs et de produits mis en jeu au cours d'une réaction donnée.

* Représenter une réaction chimique par une équation et l'équilibrer pour obtenir l'équation-bilan.

* Calculer des quantités de matière;

* Calculer la masse et le volume des réactifs et des produits.

* Utiliser rationnellement les produits chimiques.

* Respecter les mesures de sécurité, éloigner les produits inflammables des sources de chaleur, éviter de respirer certains gaz : dichlore, sulfure d'hydrogène.

* Réaction chimique . - Exemples. - Réactif et produit de la réaction. - Conditions expérimentales. - Caractéristiques. * Conservation

- Loi de Lavoisier.

- Conservation des atomes. * Equation-bilan . - Conservation de la matière. - Coefficients stoechiométriques. - Proportions stoechiométriques. - Double signification.

* Expériences : réalisation de

réactions chimiques simples (combustion dans l'air ou le dioxygène du carbone, du magnésium ; réaction soufre fer….)

. * Expérience : conservation de

la masse (loi de Lavoisier) * Ecriture de l’équation-bilan

d’une réaction.

Commentaires


Accident de la SONACOS (Dakar, 1992) : rechercher les conséquences possibles de l’ammoniac répandu dans la nature

- Le concept de réaction chimique pourrait être établi à partir d'une série d'expériences

simples (telles que combustion d'un mélange fer soufre, combustion du carbone dans le

dioxygène, action de l'acide chlorhydrique sur du calcaire) dans lesquelles on mettra en

évidence les propriétés des corps initiaux ou réactifs et celles des nouveaux corps purs

formés ou produits de la réaction ; les notions de conditions expérimentales seront abordées.

- Pour éviter toute interprétation erronée de la réaction chimique on se gardera de parler de la

"disparition" des réactifs et de "l'apparition" des produits dans la définition de la réaction, on

signifiera plutôt qu'au cours d'une réaction chimique un (ou des) corps pur(s) appelés réactif(s)

se transforme (nt) en un (ou des) corps pur(s) appelé(s) produit(s).

On donnera des exemples variés de réactions chimiques, on en profitera pour dégager leur

caractère énergétique (réaction exothermique, endothermique et athermique), leur aspect

cinétique et leur caractère total ou partiel.

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- On fera de nouveau la distinction entre un phénomène chimique et un phénomène

physique.

- La loi de la conservation de la masse pourra être dégagée à partir d'une étude

expérimentale. Chaque réaction chimique sera représentée par une équation-bilan dont on

précisera la signification : "une équation qui fait le bilan avant et après la transformation

chimique, sans aucune prétention de représenter son mécanisme". La conservation des

éléments et sa traduction en terme de masse (loi de Lavoisier) et en terme d'atomes

justifieront le fait que l'équation-bilan est équilibrée. On donnera en rapport avec la double

signification des formules chimiques, les deux aspects quantitatifs de l'équation-bilan.

- La signification macroscopique de l'équation-bilan permettra de l'interpréter en terme de

quantité de matière .

On traitera le cas des réactions où les réactifs ne sont pas dans les proportions

stoechiométriques. On introduira le concept de rendement.

Les réactions réversibles sont hors programme.

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CHAPITRE : C6 Généralités sur les solutions aqueuses. Durée : 4 h Classe : 2° S


*Distinguer solvant, soluté et

solution et en donner des exemples.

*Faire le lien entre le caractère conducteur d’une solution et son caractère ionique.

Expliquer les rôles du solvant. *Expliquer les phénomènes

physico-chimiques accompagnant une dissolution.

*Utiliser les effets thermiques de

la dissolution. *Déterminer la solubilité d’un

produit par rapport à un solvant. *Calculer la concentration d'une solution ou d’une espèce en solution. *Préparer une solution. *Extraire un produit du laboratoire

ou un produit naturel à l’aide d’un solvant approprié.

* Dissolution : - exemples et définition - solutions ioniques et non

ioniques. * Rôle du solvant et effets thermiques : - solvant ionisant, dissociant, hydratant et dispersant. - effets thermiques. * Grandeurs caractéristiques : - concentrations massique et molaire. - solubilité. - saturation. * Préparation de solutions : -solutions de produits du laboratoire. -solutions de produits naturels.

*Expérience : mise en solution

de produits familiers et/ou évaporation de solutions.

Expérience : conductibilité de solutions.

*Expérience : mise en évidence

des effets thermiques. *Expérience : solubilité et

saturation. *Expérience : dilution, préparation de solutions.

Commentaires


Considérer des mélanges liquides de votre environnement. Les classer en mélanges homogènes et

en mélanges hétérogènes. Caractériser chaque mélange par ses différents constituants.

Pouvez vous séparer les constituants des mélanges homogènes ? Si oui comment ?

A l’inverse réaliser des mélanges liquides homogènes en partant de corps purs de votre environnement.

Pour faire le lien avec l’environnement immédiat de l’élève il est tout indiqué de prendre

l’exemple du sel de cuisine pour définir les notions de solvant, soluté et solution. On pourrait

faire dissoudre du sel dans l’eau pour ensuite faire évaporer la solution obtenue, comme on

pourrait partir d’eau de mer filtrée que l’on fera évaporer. Les élèves distingueront alors

solvant, soluté et solution.

La dissolution du sulfate de cuivre anhydre par l’eau pourrait servir d’exemple pour illustrer

le caractère hydratant du solvant.

Les divers effets thermiques accompagnant les dissolutions pourraient être vérifiés avec des

exemples tels que la dissolution dans l’eau du chlorure de sodium NaCl (athermique), de

94

l’hydroxyde de sodium NaOH (exothermique) et du chlorure d’ammonium NH4Cl

(endothermique)

Expérimentalement on abordera les notions de concentrations massique et molaire, de

saturation d’une solution et de solubilité d’un produit dans un solvant donné.

En travaux pratiques les élèves seront entraînés à la préparation de solutions de produits du

laboratoire et de produits naturels; on insistera sur le choix du matériel et l’économie des

produits.

CHAPITRE : C7 : Solutions aqueuses acides. Durée : 6 h Classe : 2° S


* Identifier le caractère acide d’une solution.

* Donner des exemples de solutions acides.

* Ecrire les formules du gaz et de l'acide chlorhydrique.

* Interpréter l'expérience du jet d'eau.

* Caractériser l’ion chlorure. * Ecrire les équations-bilans des différentes réactions chimiques avec l’acide cholrhydrique. * Utiliser les propriétés acides, * Utiliser rationnellement les produits chimiques, * Prendre des mesures de sécurité pour la consommation et l’utilisation des produits acides.

* Solutions acides, basiques et neutres .

* Chlorure d’hydrogène (gaz chlorhydrique)

- Structure. - Propriétés physiques. * Acide chlorhydrique . - Ion hydronium. .- Concentration molaire en ion

hydronium. - Propriétés acides liées à l'ion hydronium - Réaction de caractérisation de l'ion chlorure. * Acides courants et produits naturels acides . - Acide nitrique, sulfurique,

acétique. - Retour sur les acides tirés des produits locaux( Jus de bissap, de tamarin, de

citron)

* Expérience : catégorisation de solutions à l’aide d’un indicateur coloré.

* Préparation du chlorure d’hydrogène et de l'acide chlorhydrique.

* Expérience du jet d'eau. * Expériences : conductibilité, propriétés de l’acide chlorhydrique. * Mettre en évidence l'ion chlorure. * Vérification de quelques

propriétés des acides.

Commentaires


Les pluies acides : 1 Qu’est ce que c’est ? 2 Qu’elles en sont les causes ? 3 Quelles sont les conséquences ?

- Ce chapitre pourrait être introduit par l'analyse de solutions aqueuses tirées de la nature

(citron, bissap, tamarin, cendre, lessive, "khémé", chaux). On fera découvrir sinon rappeler

leur saveur aigre et on fera l'action comparée de ces substances sur le même indicateur

coloré (il peut être indiqué d’utiliser le bleu de bromothymol). On ne s'attardera pas sur la

nature de l'indicateur ni sur son mode d'action, on fera constater tout simplement le

95

changement de couleur, ce qui permettra d'affirmer que certaines de ces substances ont des

caractéristiques communes qui font qu'on les qualifie d'acides, d’autres basiques. Les

substances basiques seront étudiées dans le prochain chapitre.

- Dans la suite une étude systématique des propriétés acides se fera à partir de l'exemple

simple de l'acide chlorhydrique, solution du gaz chlorhydrique dans l'eau.

- Naturellement, l'étude devra débuter par l'analyse des propriétés de ce gaz. On dégagera

ses principales propriétés, notamment sa solubilité dans l'eau qu'on illustrera par

l'expérience du jet d'eau.

- Après avoir étudié les propriétés conductrices de la solution (conductibilité électrique), on

fera l'étude expérimentale des propriétés chimiques liées aux ions hydronium ; (action sur les

indicateurs colorés, sur les métaux, électrolyse, action sur les bases qu'on annoncera

simplement) et celles qui sont liées aux ions chlorures Cl- (action sur les ions Ag+,

électrolyse). Cette partie fera l'objet de travaux pratiques.

- L'ensemble des propriétés liées à l'ion H3O+ permettra de définir la fonction acide.

- On donnera des exemples courants d'acides et d’extraits naturels acides que l'on

caractérisera expérimentalement : acides sulfurique, nitrique, acétique, jus d’oseille, de

citron, de tamarin….

- Tout au long de ce chapitre on dégagera des règles de sécurité relatives à l'utilisation et la

manipulation des acides.

CHAPITRE : C8 : Solutions aqueuses basiques . Durée : 6 h Classe: 2° S


* Identifier le caractère basique d’une solution.

* Donner des exemples de solutions basiques.

* Ecrire la formule du cristal et de la solution d'hydroxyde de sodium.

* Identifier l’ion Na+ * Distinguer les hydroxydes de

cuivre II, zinc II, fer II, fer III, aluminium III.

* Ecrire les équations-bilans des différentes réactions chimiques avec l’hydroxyde de sodium. * Utiliser les propriétés basiques, * Utiliser rationnellement les produits chimiques, * Prendre des mesures de

sécurité pour la consommation et l’utilisation des produits basiques.

* Solutions basiques . * Structure du cristal d'hydroxyde de sodium . * Solution d'hydroxyde de sodium . - Exothermie de la réaction de

dissolution. - Déliquescence. - Hygroscopie - Electrolyse de la solution

d'hydroxyde de sodium. - Propriétés liées à l'ion

hydroxyde. * Bases courantes et bases tirées des produits locaux . - Hydroxyde de potassium. - Hydroxyde de calcium. - Ammoniaque - Retour sur les solutions de

lessive, cendre, et craie.

* Expériences : test de solutions basiques

* Préparation d’une solution

d'hydroxyde de sodium. * Expériences : propriétés de la soude (test à la flamme, indicateurs colorés, action sur les acides, réactions de précipitation, redissolution de Al(OH)3 et Zn(OH)2 ) * Vérification de quelques

propriétés des bases.

96

Commentaires


Les détartrants : 1. Quelle est leur nature ? 2. Quelle utilisation pratique en fait-on ?

- A titre introductif on pourrait rappeler la caractérisation faite dans le chapitre précédent : les

solutions des produits naturels khémé, chaux et cendre sont basiques, on vérifiera à l’aide

du même indicateur qu’il en est ainsi de la solution d’hydroxyde de sodium ou soude.

- L'hydroxyde de sodium à l'état solide sera présenté comme un assemblage ordonné d'ions

hydroxyde (HO-) et sodium (Na+). On donnera la formule statistique (NaOH).

- En partant de pastilles (ou de paillettes) de soude, on mettra en évidence les principales

propriétés physiques de ce corps, notamment la solubilité dont on montrera l'effet thermique.

- On mettra en évidence la conductibilité électrique de la solution aqueuse de soude,

phénomène qu'on interprétera par l'existence d'ions dispersés Na+ et HO-.

- En travaux pratiques on fera l'étude des propriétés liées à l'ion hydroxyde (action sur les

indicateurs colorés, action sur les ions métalliques, action sur les acides) et celle liée à l'ion

sodium (test à la flamme) sans oublier de traiter de l'électrolyse de la solution aqueuse de

soude (propriétés liées à la fois aux ions sodium et aux ions hydroxyde).

- Tout au long de cette étude, on entraînera les élèves à écrire les équations ioniques

d'interprétation. On montrera que la réaction entre la base et l'acide se solde en une réaction

totale entre les ions hydroxyde et hydronium (on rappelle qu'on se limitera uniquement à

l'action d'un acide fort sur une base forte).

97

CHAPITRE : C9 Notion de pH : Indicateurs colorés Durée : 6 h Classe : 2° S


* Utiliser un pH-mètre, un papier pH.

* Utiliser la relation

[H3O+] = 10-pH.

* Utiliser le produit ionique de l'eau.

* Utiliser les domaines de pH des solutions acide, basique et neutre.

* Passer de [H3O+] à la

concentration Ca de l'acide.

* Passer de [HO-] à la concentration Cb de la base.

* Utiliser un indicateur coloré. * Dresser l’échelle de couleurs d’un indicateur coloré. * Citer quelques indicateurs colorés. Calculer la concentration d'une entité à partir d'un dosage, en appliquant la relation : Ca Va = CbVb.

* Notion de pH. - Relation [H3O+] = 10-pH.

- Mesure : le pH-mètre. - Produit ionique de l'eau à 25°C - Domaine de pH d'une solution acide. - Domaine de pH d'une

solution basique. * Indicateurs colorés : zone

de virage . - Teintes acide, basique,

sensible. - Zone de virage. - Papier pH. - indicateurs naturels. * Dosage d'une solution d'acide chlorhydrique par la soude.

Expérience : mesures de pH * Expérience : échelle de couleurs

d’indicateurs colorés * Experience : dosage acido-

basique.

Commentaires


1 Rechercher les procédés utilisés pour préparer des indicateurs colorés avec la flore locale. Réaliser un exemple de préparation et utiliser l’indicateur préparé. 2 Recherche documentaire : historique de la notion de pH

- Les acquis des chapitres "C7" et "C8" permettront de montrer que les propriétés acides,

respectivement basiques, sont d'autant plus marquées pour une solution donnée que sa

concentration en ions H3O+ est élevée, respectivement faible.

- On caractérisera les solutions par leur concentration en ions H3O+ ou de façon plus

commode par le pH qu'on définira à ce niveau par la relation : [H3O+] = 10-pH

- Le pH-mètre qui sera présenté sommairement, sera utilisé pour faire quelques mesures de

pH.

- La mesure de la valeur du pH de l'eau pure (fraîchement distillée) à 25°C permettra de

déterminer la concentration en ion hydronium dans l'eau pure. On parlera de la réaction

d'autoprotolyse qui engendre ces ions H3O+ avec un nombre égal d'ions OH-, on en déduira

98

la valeur du produit ionique de l'eau à 25°C. On do nnera le domaine des pH pour les

solutions acides et pour les solutions basiques à 25°C.

- L'étude des indicateurs colorés sera exclusivement expérimentale.

Toute théorie sur les indicateurs quant à leur natu re et leur mode d'action est hors

programme.

- L'action d'un indicateur donné sur des solutions de pH croissant permettra de dresser

l'échelle des pH de l'indicateur ; on en déduira les concepts de teinte acide, teinte basique,

de teinte sensible et de zone de virage. On traitera successivement le cas de l'hélianthine,

du bleu de bromothymol et de la phénolphtaléine. On utilisera des indicateurs colorés pour

déterminer l’ordre de grandeur du pH d'une solution. On signalera l'existence de substances

naturelles qui peuvent servir d'indicateurs.

- Le principe de fabrication d’indicateurs universels et du papier pH sera expliqué, on les

utilisera pour déterminer le pH d’une solution. Le principe du dosage acido-basique sera

indiqué à partir du dosage de l’acide chlorhydrique par la soude que l’on réalisera

expérimentalement

CHAPITRE : C10 Caractérisation de quelques ions Durée : 3 h Classe : 2° S


* Donner les couleurs des

précipités. * Ecrire les équations des

réactions de précipitation. * Identifier certains ions : Cl-,

SO42-, NO3

-, S2-, Ag+, Na+, Zn2+, Cu2+, Al3+, Ba2+, Pb2+, Fe2+, Fe3+.

* Utiliser le protocole de

recherche des ions dans une solution.

* Tests d'identification des anions et des cations. - Couleurs des ions en solution

aqueuse. - Couleur des ions au test à la

flamme. - Incompatibilité de certains ions - Réactions de précipitation - Redissolution de certains précipités. * Organigramme de recherche des ions.

* Expériences : tests d'identification des ions (test à la flamme, réactions de précipitation, redissolution) * Réalisation d’un

organigramme.

Commentaires


Considérer de l’eau minérale commerciale : relever les indications portées sur l’emballage, donner leur signification. Comment vérifier l’exactitude ou non de ces indications ?

- S'appuyant sur les réactions étudiées dans les chapitres précédents, on rappellera les

propriétés caractéristiques de quelques ions (solvatation, couleur en solution aqueuse,

couleur de flamme).

- A l'aide d'expériences simples, on mettra en évidence l'incompatibilité de certains ions en

solution aqueuse, la redissolution de certains précipités. On insistera sur le concept de

99

réaction caractéristique, ce qui permettra d'introduire le concept de test complémentaire

dans certains cas.

- On dressera avec les élèves des tableaux récapitulatifs (organigrammes de recherche) où

figureront ; soluté, ion à identifier, réactif, précipité obtenu, équation d'interprétation, test

complémentaire s'il y a lieu.


1 Eau minérale

A partir de l’étiquette d’une bouteille d’eau minérale, relever ou écrire la formule de tous les

ions contenus dans cette eau.

Réécrire les indications portées par l’étiquette en remplaçant les concentrations massiques

par les concentrations molaires.

Vérifier que cette solution est électriquement neutre.

2/ Identification de solutions

Dans un laboratoire cinq flacons contenant de l’acide chlorhydrique, de l’acide sulfurique, du

chlorure de sodium, de l’hydroxyde de calcium et de la soude sont sans étiquette. Proposer

une méthode d’identification du contenu de chaque flacon.

3/ Acide phosphorique.

Par accident, de l’acide phosphorique s’est déversé dans une localité, quelles solutions

proposez-vous ?

4/Danger lié à l’utilisation courante du carbure de calcium.

Proposer une situation cible portant sur le danger du carbure de calcium (CaC2) pendant la

période de mangue verte.

100


DES CLASSES DE PREMIERE SDES CLASSES DE PREMIERE SDES CLASSES DE PREMIERE SDES CLASSES DE PREMIERE S1111 ET S ET S ET S ET S2222....

A o û t 2 0 0 8A o û t 2 0 0 8A o û t 2 0 0 8A o û t 2 0 0 8

101

PROGRAMME DE PHYSIQUE CLASSE DE 1°S

CHAPITRE

Numéro Titre Horaire

ENERGIE - CHAMPS.

P1 Travail et puissance 6

P2 Energie cinétique 5

P3 Energie potentielle. Energie mécanique. 6

P4 Calorimétrie 6

P5 Force et champ électrostatiques 6

P6 Travail de la force électrostatique. Energie poten tielle électrostatique. 5

P7 Energie électrique mise en jeu dans un circuit éle ctrique

6

P8 Condensateurs : capacité, énergie emmagasinée

4

ELECTRONIQUE

P9 Amplificateur opérationnel : montages dérivateur e t intégrateur ;

applications**.

6

PHENOMENES VIBRATOIRES ET PROPAGATION

P10 Propagation des signaux, ondes progressives, inter férences mécaniques.

6

OPTIQUE

P11 Etude expérimentale des lentilles minces. 6

Total 62

102

PROGRAMME DE CHIMIE CLASSE DE 1°S

CHAPITRE


CHIMIE ORGANIQUE

C1 Généralités sur la chimie organique. 3

C2 Les alcanes 4

C 3 Les chaînes carbonées insaturées : alcènes et alcy nes. 5

C4 Le benzène. 3

C5 Les composés oxygénés.* 6

ELECTROCHIMIE

C6 Notion de couple oxydant – réducteur. 4

C7 Classification qualitative des couples oxydant- ré ducteur

ion métallique/métal.

6

C8 Classification quantitative des couples oxydant- réducteur

ion métallique/métal.

6

C9 Généralisation de l’oxydoréduction en solution aqu euse. 5

C10 Electrolyse, bilan quantitatif. 6

C11 Oxydoréduction par voie sèche. 4

C12 Thèmes : phosphates, engrais, matières plastiques (exposés, visites) 2

Total 54

* Reconnaissance des fonctions et caractérisation des aldéhydes et cétones seulement.

103

PP RR OO GG RR AA MM MM EE DD EE PP HH YY SS II QQ UU EE


Compétence 1

A l’issue de la classe de première S, l’élève ayant acquis les savoirs, savoir-faire et savoir-

être (différentes formes d’énergie, leurs transformations réciproques, variation, conservation

de l’énergie), doit les intégrer dans des situations familières de résolution de problèmes :

transfert par chaleur, par travail, prévision et étude du fonctionnement de systèmes

conservatifs, dégradation de l’énergie.

Compétence 2

A la fin de la classe de première S, l’élève ayant acquis les savoirs, savoir-faire et savoir-

être en électronique, doit les intégrer dans des situations familières de résolution de

problèmes simples : amplification, montages direct et inverseur, observations de règles de

sécurité.

Compétence 3


être sur les ondes mécaniques(réflexion, réfraction, interférences mécaniques), doit les

intégrer dans des situations familières d’explication, de prévision et de résolution de

problèmes relatifs aux phénomènes ondulatoires : phénomènes sismiques, acoustiques

simples.

Compétence 4

A la fin de la classe de seconde, l’élève ayant acquis les savoirs savoir-faire, savoir-être en

optique (lentilles minces) doit les intégrer dans des situations familières de résolution de

problèmes liés au cheminement de la lumière dans des milieux optiques simples : lentilles,

œil, loupe, microscope.

104

Les chapitres P r e m i è r e p a r t i e

M E C A N I Q U E : C H A M P S E T E N E R G I E

CHAPITRE P1 : Travail et puissance. Durée : 6 h C L A S S E : 1 ° S

Objectifs d’apprentissage Contenus Activités d'appr entissage * Calculer le travail d'une force d'intensité constante. * Distinguer travail moteur et travail résistant. * Calculer une puissance moyenne ou instantanée. * Donner des ordres de grandeur de quelques puissances.

* Travail . -Travail d’une force constante ; - exemple du poids, - Travail d’une force variable (sans calcul) : force élastique, couple de torsion. - Travail moteur ; travail résistant. * Puissance . - Puissance moyenne. - Puissance instantanée.

* Détermination des travaux de quelques forces (poids, force appliquée à un système en rotation autour d'un axe fixe, couple de forces) * Détermination des puissances moyenne et instantanée.

Commentaires


1 Travail et puissance, quelles significations donner à ces notions ? 2 Quelles différences y a – t – il entre force et travail ? Existe – t –il une relation entre ces deux grandeurs ? 3 Qu’est ce que c’est le Cheval-vapeur ? Donner en CV la puissance de quelques appareils et moteurs électriques.

- Le chapitre pourrait être introduit par l'analyse de diverses situations dans lesquelles le mot

travail est utilisé dans le langage courant.

- Par la suite on insistera sur la différence entre ce sens commun du travail (effort physique)

et la grandeur physique "travail". "une force peut effectuer un travail quand son point

d'application se déplace". Les facteurs dont dépend le travail seront dégagés à partir de

l'analyse d'exemples de mouvements de translation. On en viendra par la suite à la

formulation. Le travail d'une force constante sur un déplacement rectiligne sera exprimé par

un produit scalaire : W

(A→B(F) = F .AB

On distinguera travail moteur, travail résistant et travail nul.

- On généralisera à un déplacement quelconque en introduisant la notion de travail

élémentaire. Dans ce cadre on montrera que le travail du poids d'un corps entre deux

positions d'altitude z1 et z2 est donné par l'expression :

W (P) = mg(z1-z2) = - mg (z2-z1) = - mg ∆z

Ce travail est indépendant du chemin suivi : le poids est une force conservative.

105

- Dans le calcul du travail d'une force appliquée à un système en rotation autour d'un axe fixe,

on se limitera à des cas où le moment des forces est constant.

- Le calcul du travail d'une force variable est hors programme. On donnera simplement

sans démonstration l'expression du travail de la tension d'un ressort W1-2 = 1/2 k(x12 - x2 2)

et celle du travail d'un couple de torsion W1-2 = 1/2 C (α12 - α 22).

- On exprimera la puissance moyenne d’une force par la relation : Pm= W / t et la puissance

instantanée par p = F.V.

- On donnera l’ordre de grandeurs de quelques puissances mécaniques.

CHAPITRE P2 : Energie cinétique Durée : 5 h C L A S S E : 1 ° S

Objectifs d’apprentissage Contenus Activités d'appr entissage

* Déterminer l’énergie cinétique d’un système (calcul, exploitation d’enregistrement) * Déterminer pour certains cas simples le moment d'inertie d'un solide par rapport à un axe fixe. * Appliquer le théorème de l'énergie cinétique à un système donné.

* Energie cinétique . - Energie cinétique de translation.

- Energie cinétique de rotation. - moment d'inertie d'un solide par r apport à un axe fixe. * Théorème de l’énergie cinétique .

* Calcul de l’énergie cinétique et du moment d’inertie (cas simple) * Vérification du théorème de l'énergie cinétique à partir d’enregistrements ou de valeurs numériques

Commentaires.


1 Qu’est ce que l’énergie? Quelles idées avez-vous de l’énergie ? 2 L’énergie ne peut ni se créer, ni se perdre, elle se transforme. Nommer ce principe. L’illustrer qualitativement par des exemples. 3 Abandonner un objet ponctuel sans vitesse initiale sur la ligne de plus grande pente d’un plan incliné.

- Mesurer la distance L parcourue par l’objet lorsqu’il arrive au bas de la pente. - Déterminer l’inclinaison α du plan incliné, - Exprimer le travail du poids de l’objet entre le point de départ et l’arrivée au bas de la pente. - En admettant que le travail du poids égale la variation de l’énergie cinétique de l’objet, en déduire l’expression de l’énergie cinétique de l’objet au bas de la pente puis celle de la vitesse du mobile à cette position. Faire l’application numérique avec g = 9,8 m/s2

- Tout au début de ce chapitre, il est nécessaire d'introduire le concept d'énergie et quelques

notions connexes. Il s'agit de préciser aux élèves, à partir d'observations familières, le

concept d'énergie, de citer quelques formes d'énergie ainsi que les transferts d'énergie entre

systèmes et les transformations d'énergie. A travers ces exemples, on insistera sur deux

formes importantes d'énergie : énergie cinétique et énergie potentielle.

- Par la suite, s'intéressant à l'énergie cinétique, on en donnera l'expression pour le solide en

translation et pour le solide en rotation autour d'un axe fixe. On donnera les propriétés de

106

l'énergie cinétique : grandeur scalaire positive dont la valeur dépend du référentiel mais

qui ne donne aucune information sur le sens et la direction du mouvement.

Le moment d'inertie d'un solide en rotation sera introduit sans démonstration . On en

donnera cependant la signification physique. On donnera les expressions des moments

d'inertie de quelques solides homogènes par rapport à un axe passant par leur centre de

symétrie : cerceau, disque, cylindre et sphère.

Le théorème de Huygens est hors programme.

- Le théorème de l’énergie cinétique sera énoncé dans le cas général. Il pourra être vérifié à

l'aide d'un enregistrement. On l'appliquera à d'autres systèmes ; ce faisant on insistera sur

son importance dans la résolution des problèmes de mécanique.

CHAPITRE P3 : Energie potentielle. Energie mécanique Durée : 6 h C L A S S E 1 S

Objectifs d’apprentissage Contenus Activités d'appr entissage * Déterminer l’énergie potentielle d’un système. * Déterminer l’énergie mécanique d’un système * Enoncer le théorème de l'énergie potentielle. Appliquer le théorème de l'énergie potentielle. * Enoncer le théorème de l'énergie mécanique.

* Appliquer le théorème de l'énergie mécanique

* Energie potentielle . Etat de référence. Energie potentielle de pesanteur. Energie potentielle élastique.

- Energie potentielle de torsion. - Variation de l’énergie potentielle * Energie mécanique .

- Système conservatif. Théorème de l'énergie

mécanique. Conservation de l'énergie mécanique.

* Exploitation d’enregistrements. * Vérification du théorème de l’énergie potentielle à partir d’enregistrements ou de mesures. * Vérification du théorème de l'énergie mécanique à partir d’enregistrements ou de mesures.

Commentaires


Visite de la centrale hydroélectrique de Bel Air : 1 Quels sont les principaux modes de production d’énergie électrique utilisés par la SENELEC ? 2 Quels sont les problèmes posés par la fourniture d’énergie électrique? Quelles solutions envisager?

- Un retour, sur quelques exemples simples de formes d'énergie vus au chapitre précédent,

permettra de rappeler que l'énergie potentielle d’un système est l'énergie en "réserve" liée

aux positions des différentes parties du système. On insistera sur la notion de système

mettant en jeu les parties en interaction. Dans la suite, s'intéressant au système (Terre-objet)

on donnera sans démonstration l'expression de l'énergie potentielle de pesanteur

107

Epp = mgz + cte. On insistera sur le fait que l'énergie potentielle de pesanteur est définie à

une constante additive près et l'on montrera comment la valeur de cette constante est

déterminée par le choix de la "référence" (état pour lequel Ep = 0) et de l'origine de l'axe des

côtes. On montrera aussi comment la variation d'énergie potentielle de pesanteur est

indépendante de ce choix ; on établira la relation ∆Epp = - W(P).

- L'énergie potentielle élastique du système ressort-solide, et celle d'un pendule de torsion

seront exprimées sans démonstration; la relation générale : ∆Ep = - W( f ic ) sera admise,

f ic étant la force intérieure conservative. On insistera sur les concepts de forces intérieures

et forces extérieures et l'on montrera qu'ils dépendent des limites du système choisi.

- Après avoir défini l'énergie mécanique, on établira l'expression de sa variation. On étudiera

alors sa conservation dans certains cas simples (pendule élastique horizontal ; pendule

pesant…). Les notions de barrière de potentiel et de puits de potentiel seront traitées en

exercices.

- On fera découvrir la dégradation de l'énergie mécanique dans le cas de systèmes réels.

CHAPITRE P4 : Calorimétrie Durée :6 h C L A S S E : 1 ° S


* Expliquer la dégradation de l’énergie mécanique.

Distinguer chaleur et température.

* *

Utiliser les différents modes de transfert de chaleur.

Donner la convention de signe des échanges de quantité de chaleur.

* Exprimer une quantité de chaleur échangée. * Calculer une quantité de chaleur. * Déterminer des grandeurs calorimétriques : température d'équilibre, chaleur massique, capacité calorifique, chaleur latente de changement d'état et chaleur de réaction.

* Dégradation de l’énergie mécanique . * Chaleur et température . * Modes de transfert d’énergie par chaleur. * Conduction thermique. - Convection. - Rayonnement. * Quantité de chaleur .

- Convention de signe. - Expression,

--capacité calorifique, - Chaleur latente de changement d'état. * Détermination expérimentale de grandeurs calorimétriques - Calorimètre. - Bilan thermique. * Chaleur de réaction .

* Expérience illustrant la transformation de l’énergie mécanique en énergie thermique.

* Etude des modes de transfert de chaleur.

* Expériences de détermination de quelques grandeurs calorimétriques (capacité calorifique, chaleur latente de changement d'état) * Expérience de détermination de la chaleur de réaction et de la chaleur de dissolution .

108

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1. Que vous suggère le mot « chaleur » ? 2 Observer la constitution d’une bouteille thermos. Expliquer pourquoi on peut y conserver de la boisson chaude de façon durable. 3 Dans un bécher contenant une solution d’acide chlorhydrique, introduire un thermomètre et relever la température initiale. Ajouter, goutte à goutte, une solution de soude, homogénéiser à chaque fois et relever la température. Comment évolue la température ? Des expériences quantitatives précises montrent que l’action d’une mole d’ions hydroxyde HO- sur une mole d’ions oxonium H3O

+ libère 57,4 kJ environ. Interpréter qualitativement l’énergie ainsi libérée.

- On pourrait débuter le chapitre par l'analyse de l'énergie mécanique des systèmes réels ;

on notera que pour de tels systèmes l'énergie mécanique décroît, ceci étant dû à l'existence

de forces de frottement. Dans le cas particulier d'un cycliste ou d'un automobiliste qui freine

on mettra l'accent sur l'élévation de température au niveau des freins, phénomène qui se

produit en même temps que la diminution de l'énergie mécanique. Les forces de frottement

seront considérées comme des interactions entre particules à l'échelle microscopique dans

la région de contact. La diminution d'énergie mécanique à l'échelle macroscopique se

retrouve comme gain d’énergie répartie entre les particules à l'échelle microscopique : on dit

qu'il y a « production de chaleur ».

- La température absolue, vue en classe de seconde, prend ici toute son importance : la

température absolue est la grandeur macroscopique qui mesure l'énergie microscopique

d'agitation des particules. Dès lors il est aisé d'expliquer le fait que l'augmentation de

l'énergie d'agitation désordonnée des particules liée à la diminution de l'énergie mécanique,

se manifeste le plus souvent par une élévation de température. L'exception du changement

d'état sera soulignée. On insistera alors sur la nuance à faire entre chaleur et température.

- La production d’énergie thermique n'a pas toujours pour origine la dégradation de l'énergie

mécanique : certaines réactions chimiques libèrent de l’énergie thermique; le courant

électrique qui traverse un dipôle s'accompagne d'un « dégagement de chaleur » ; des objets

exposés à la lumière solaire s'échauffent etc. Par ailleurs lorsque deux corps portés à des

températures différentes sont en présence il y a entre eux échange d’énergie par chaleur. La

chaleur est un mode de transfert d’énergie : dans le cas d’espèce l’énergie passe du corps

chaud au corps froid jusqu'au moment où il s'établit un équilibre thermique. A travers divers

exemples on illustrera la conduction thermique, la convection et le rayonnement.

La « quantité de chaleur » échangée par un système sera exprimée algébriquement ; on

distinguera le cas où il y a échange d’énergie avec variation de température du cas où

l'échange se fait sans variation de température (changement d'état).

109

On présentera le calorimètre, appareil de mesure des quantités de chaleur. Les grandeurs

calorimétriques (chaleur massique ou capacité thermique massique, constante

caractéristique de la substance , capacité calorifique ou capacité thermique , chaleur

latente de changement d'état) seront définies. En TP des mesures calorimétriques

permettront la détermination expérimentale de ces grandeurs. Toutefois le principe de cette

détermination expérimentale étant pratiquement la même pour ces grandeurs une mesure

bien menée avec l’une d’entre elles est plus utile que plusieurs mesures qui conduisent à

des résultats aberrants.

- La chaleur de réaction sera également définie. A partir d'exemples on expliquera sa

détermination :

* par la méthode expérimentale (mesures calorimétriques) on pourrait prendre

l’exemple de la détermination expérimentale de la chaleur mise en jeu lors de la

réaction entre un acide et une base.

* par le calcul ; à partir du diagramme de Hess ou de la somme d'équation-bilan.

- Les notions d'énergie de liaison et de chaleur de f ormation sont hors programme.

NB : L'unité SI de quantité de chaleur est le joule ; pour des raisons d'interdisciplinarité on

signalera la calorie comme unité ; toutefois on habituera les élèves à travailler avec l'unité SI

de quantité de chaleur.

CHAPITRE P5 : Force et champ électrostatiques. Durée :6 h C L A S S E : 1 ° S

Objectifs d’apprentissage Contenus Activités d'appr entissage * Déterminer les caractéristiques des forces électrostatiques. Utiliser la loi de Coulomb. * Déterminer les caractéristiques du champ électrique créé par une charge ponctuelle et celles du champ électrique existant entre les armatures d'un condensateur plan chargé (vecteur champ, lignes de champs)

* Forces électrostatiques . - mise en évidence - Loi de Coulomb. .* Champ électrostatique .

- Vecteur champ électrique. - Ligne de champ. Spectre du champ électrique.

- Champ électrique uniforme. - Champ électrique résultant.

* Expériences de mise en évidence de forces électrostatiques

* Expériences sur le champ électrique. : mise en évidence, caractérisation du champ à l’intérieur d’un condensateur,…….

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1. Découper d’un bouchon de liège une petite boule et l’emballer d’une mince feuille d’aluminium. Attacher la à l’aide d’un fil isolant inextensible à un support isolant fixe. Le dispositif ainsi conçu est un pendule électrostatique. Réaliser un autre pendule pour les besoins de l’expérience. 2 Charger chaque pendule en approchant de la boule recouverte de métal un bâton de verre frotté. Approcher les pendules l’un de l’autre. Observer. 3 Qui était Charles Augustin de Coulomb (1736-1806) ?

110

- Ce chapitre et le suivant prolongent l'électrostatique abordée en classe de seconde et

préparent celui qui traite des échanges d'énergie dans un circuit électrique. Il pourra

démarrer par la mise en évidence des forces électrostatiques. On cherchera à préciser les

caractéristiques de ces forces : deux pendules électrostatiques identiques chargés

permettent de comparer qualitativement les caractéristiques des forces électrostatiques

s'exerçant entre deux charges. Par la suite on énoncera la loi de Coulomb (on en donnera

l'expression vectorielle).

-on introduira la notion de champ comme une modific ation des propriétés de l’espace.

- A partir d'expériences simples (pendule électrostatique chargé dévié par un bâton de verre

chargé, déviation d'un faisceau d'électrons dans un tube de déflexion) on définira le champ

électrique. On le caractérisera par le vecteur champ électrique.

Dans des cas simples on précisera les caractéristiques du vecteur champ électrique.

- Il y a lieu de traiter en cours le champ créé par une charge ponctuelle positive puis

négative, le champ engendré par une distribution de charges ponctuelles situées dans le

même plan, le champ régnant entre deux conducteurs métalliques plans parallèles (en

s'abstenant toutefois d'évoquer la relation E = U / d qui sera établie dans le chapitre qui suit).

- En exercice on traitera, entre autres exemples, le champ d'un dipôle constitué de

deux charges q et -q.

- On introduira le concept de ligne de champ électrique et l'on réalisera

expérimentalement quelques spectres électriques pour matérialiser ces lignes ; on

insistera sur l’intérêt des spectres dans la recherche de la topographie d’un champ

électrique.

NB : par abus de langage, le champ électrique, espace champ créé par des charges

mobiles, est employé pour désigner le champ électrostatique qui lui est créé par des charges

fixes ; il est aussi employé pour désigner le vecteur champ électrique.

111

CHAPITRE P6 : Travail de la force électrostatique Energie potentielle élec trostatique

Durée :6 h C L A S S E : 1 S

Objectifs d’apprentissage Contenus Activités d'appr entissage * Donner l’expression du travail d’une force électrostatique dans le cas d'un champ électrique uniforme ou non. * Utiliser la relation entre la différence de potentiel et le champ électrique uniforme. . * Calculer l’énergie d’une particule. * Appliquer la conservation de l’énergie d’une particule.

* Travail de la force électrostatique .

-Cas d’un champ uniforme. - Différence de potentiel. - Potentiel électrique.

- Cas d’un champ quelconque -- Electronvolt. * Energie potentielle

électrostatique . - Relation entre le travail et la

variation de l'énergie potentielle. - Surface équipotentielle * Energie d’une particule . * Conservation de l'énergie d'une particule .

* Expériences avec la cuve rhéographique..

* Représentation des lignes de champs autour d'une charge ponctuelle

* Représentation de l'allure des lignes de champs entre les armatures d'un condensateur plan * Etude de l’énergie d’une particule.

Commentaires


1 Rappeler ce qu’est le champ de pesanteur, le vecteur champ de pesanteur, la relation entre la force de pesanteur et le vecteur champ de pesanteur , l’expression du travail de la force de pesanteur entre deux positions du centre d’inertie. 2. La force de pesanteur est une force conservative. Définir ce qu’est une force conservative.

- Les acquis des chapitres qui précèdent permettront d'évaluer le travail de la force

électrostatique entre deux points A et B d'un champ électrique uniforme et par suite

d'introduire les concepts de potentiel et de différence de potentiel électrostatique.

L'introduction de ces grandeurs se fera en montrant simplement à partir de l'expression du

travail obtenue que ce travail est indépendant du chemin suivi mais qu'il dépend des points A

et B et plus précisément de leur "état électrique" ; le potentiel sera défini comme une

grandeur qui caractérise l'état électrique de chaque point du champ.

- A la force électrostatique, force intérieure conservative, on fera correspondre l'énergie

potentielle électrostatique et l'on admettra la relation entre le travail de la force

électrostatique et la variation de l’énergie potentielle. On établira la conservation de l'énergie

totale (E = Ec + Epe = cte).

- Les résultats établis dans le cas particulier d'un champ uniforme seront généralisés avec la

rigueur et les précisions nécessaires.

112

De façon générale en tout point d'un champ électrique sont définis :

* le vecteur champ électrique E qui permet de caractériser la force électrostatique F= q E qui

s'exerce sur une charge électrique q placée en ce point.

* le potentiel V permettant de connaître l'énergie potentielle électrostatique E = q V que

possède toute charge en ce point.

- On définira les surfaces équipotentielles.

- Par ailleurs le travail de la force électrostatique qui s'exerce sur une charge q entre les

points A et B est donné par l'expression W(F) = q (VA - VB).

- Ce travail est lié à la variation d'énergie potentielle par : W(F) = - ∆ Ep.

CHAPITRE P7 : Energie électrique totale mise en jeu dans un circuit électrique.

Durée :6 h C L A S S E : 1 S

Objectifs d’apprentissage Contenus Activités d'appr entissage * Appliquer la loi d’ohm pour un récepteur. * Déterminer les caractéristiques d’un récepteur. * Utiliser les expressions des puissances électriques échangées par un récepteur. * Distinguer les différentes puissances mises en jeu dans un dipôle * Appliquer la loi de Pouillet.

* Puissance "échangée"par un récepteur - Récepteur.

- Loi d'ohm pour un récepteur - Force contre électromotrice. - Puissance totale échangée, puissance utile, puissance par effet joule. - Rendement d’un récepteur. - Bilan énergétique dans un dipôle * Puissance totale et puissance disponible d'un générateur . * Bilan énergétique dans un circuit électrique . * Loi de Pouillet généralisée .

* Vérification expérimentale de la loi d’ohm pour un récepteur. (moteur, électrolyseur) * Etude de la puissance d’un récepteur. Vérification expérimentale de la loi d’ohm pour un générateur. * Etude de la puissance totale d’un générateur. * Etude du bilan énergétique dans un circuit électrique. * Etude de la loi de Pouillet généralisée

Commentaires


1. Considérer une bouilloire électrique, une lampe à incandescence, un ventilateur : expliquer les échanges d’énergie qui ont lieu lorsqu’on les fait fonctionner. 2. Avec quel appareil la SENELEC mesure – t - elle l’énergie électrique consommée dans une installation domestique ? En quelle unité cette énergie est exprimée ?

- Partant par exemple des effets du courant électrique on pourrait expliquer

qualitativement les échanges d'énergie dans un circuit quelconque.

L'expression de l’énergie électrique échangée par u n dipôle AB ; soit W AB = UAB IAB t

sera donnée sans démonstration.

- La puissance échangée par un dipôle s'exprimera par p = ui. Comme u et i, la puissance p

est algébrique. Pour plus d'harmonie et de simplicité il est essentiel de conserver les

113

conventions de signe utilisées depuis le début de ce programme pour les grandeurs

électriques (intensité et tension) et pour l'énergie. On utilisera également la convention

récepteur et la loi d’Ohm généralisée u = ri - e.

- On peut remarquer dès lors que :

* Si u et i sont de même signe, la puissance p = ui est positive ; ce qui est le cas de tous les

dipôles passifs qui reçoivent de l'énergie du générateur.

* Si u et i sont de signes contraires p = ui est négative, ce qui est le cas des générateurs qui

fournissent de l'énergie. Ainsi la puissance échangée par un dipôle peut être positive dans

ce cas elle est "reçue" ou négative en ce moment elle est "cédée", ce qui est conforme aux

conventions de signe pour l'énergie.

- Dans le cas d'un résistor la puissance échangée est p= ui = Ri2, elle est positive, signifiant

qu'elle est reçue ou consommée par le résistor, il est essentiel de signaler que cette

puissance est cédée instantanément au milieu ambiant sous forme calorifique (puissance

Joule).

- Pour les autres types de récepteurs (moteur, électrolyseur), la tension est u = ri - e

soit u = ri + e'. Le récepteur échange la puissance p = ri2 + e'i dont on explicitera les

différentes composantes :

* pj = ri2 > 0 est la puissance consommée par effet Joule.

* pu = e'i > 0 est la puissance autre que la puissance Joule (puissance mécanique pour un

moteur, puissance chimique pour un électrolyseur) c'est la puissance utile.

* p= ri2 + e'i > 0 est la puissance totale reçue par le récepteur.

- Le rendement du récepteur sera défini comme le rapport de la puissance utile

Pu = e'i par la puissance totale reçue.

- Entre les bornes du générateur linéaire on a u = ri - e, la puissance s'exprime par la relation

p = ui = ri2 - ei ; soit :

* pj = ri2 > 0 est la puissance consommée par effet Joule dans la résistance interne.

* pt = - ei < o est la puissance que le générateur cède à l'ensemble du circuit; c'est la

puissance "engendrée" par le générateur.

* p'= ri2 - ei est la puissance "disponible" aux bornes du générateur, c'est la puissance cédée

à l'extérieur du générateur. Le rendement du générateur sera défini par le rapport de la

puissance disponible sur la puissance engendrée.

- Pour un circuit série comportant un générateur linéaire, un résistor et un récepteur tel qu’un

moteur, on traduira le bilan énergétique : "la somme algébrique des puissances échangée

est nulle". On en déduira la loi de Pouillet que l'on généralisera. Le chapitre pourrait être clos

par des exemples pratiques d'utilisation de l'énergie électrique et de ses transformations.

Activités d’intégration possibles 1 Etude d’un barrage hydraulique

A partir du document de l’activité 8 du recueil d’activités, expliquer le fonctionnement d’un

barrage hydroélectrique.

2 Minimiser la consommation d’énergie dans une inst allation domestique.

114

CHAPITRE P8 : Condensateurs : capacité, énergie emmagasinée.

Durée :4 h C L A S S E 1 S

Objectifs d’apprentissage Contenus Activités d'appr entissage Distinguer charge et décharge d’un condensateur. Définir la capacité d’un condensateur Utiliser les expressions de la charge et de l’énergie emmagasinée par un condensateur.

Condensateur - Constitution - Exemples - Symbole

Charge et décharge - mise en évidence, - grandeurs électriques : charge, tension Capacité. - relation entre charge et tension. Energie emmagasinée. - expressions.

Observations. Exploitation de documents Etude d’oscillogrammes.

Commentaires


Visite chez le réparateur de radios du coin : 1 Découvrir la variété des condensateurs (types, formes) 2 Quelle (s) grandeur (s) physiques caractérisent un condensateur ? 3 Citer quelques utilisations pratiques des condensateurs.

Le chapitre pourrait être abordé par la description d’un condensateur plan. Il s’agit de

rappeler que le condensateur plan a servi d’exemple dans le chapitre précédent pour illustrer

un moyen de réaliser un champ électrique uniforme.

Par la suite on mettra en évidence les phénomènes de charge et de décharge d’un

condensateur :on utilisera avantageusement l’oscilloscope ou toute autre expérience mettant

en évidence des échanges d’énergie entre le condensateur et le reste du circuit..

Toutefois, au niveau de la classe de première, une présentation simplifiée des

condensateurs est exigée. A ce niveau, on donnera, sans démonstration, la relation entre la

charge du condensateur et la tension à ses bornes ainsi que les expressions de l’énergie

emmagasinée.

L’étude des condensateurs sera complétée en classe de terminale où l’on étudiera les

facteurs influençant la capacité d’un condensateur plan, les lois d’association des

condensateurs, l’établissement de l’expression de l’énergie emmagasinée et les lois de

variation, au cours du temps, des grandeurs électriques (charge, intensité et tension) lors de

la charge et de la décharge.

Remarques

Jusqu’à nouvel ordre le chapitre P9 qui traite des montages électroniques réalisés

avec l’amplificateur opérationnel n’est pas à déro uler.

115

Quand il s’agira d’étudier ces montages utilisant l’amplificateur opérationnel le professeur de

sciences physiques travaillera en étroite collaboration avec celui de mathématiques pour

tenir compte du fait que l’étude de la dérivation débute en mathématique en classe de

première

Aussi, comme pré requis à l’étude de l’amplificateur opérationnel, la relation entre l’intensité

instantanée i traversant un condensateur et la dérivée première par rapport au temps de la

charge instantanée du condensateur dq/dt devront être clairement expliquées par le

professeur.

CHAPITRE P9 : Amplificateur opérationnel : montages dérivateur et intégrateur.

Durée :6 h C L A S S E 1 ° S

Objectifs d’apprentissage Contenus Activités d'appr entissage Identifier les montages dérivateur et intégrateur. Réaliser un montage intégrateur ou un montage dérivateur. Etablir la relation entre tension de sortie et tension d’entrée pour les montages intégrateur et dérivateur. Indiquer les applications des deux types de montages.

Types de montages. -Dérivateur, - Intégrateur. Applications

Expérience : réalisation des montages avec visualisation à l’oscilloscope. Etablissement de la relation entre tension de sortie et tension d’entrée : utilisation des lois du courant et de la tension.

Commentaires


1 Recherche sur l’amplificateur opérationnel : description, caractéristiques. 2 Citer quelques utilisations pratiques de l’amplificateur opérationnel.

Ce chapitre prolonge l’électronique abordée en classe de seconde avec l’amplificateur

opérationnel et montre d’autres utilisations pratiques de cet appareil.

Bien que l’étude concrétise en quelque sorte les opérations mathématiques de dérivation et

intégration considérées comme inverses l’une de l’autre, il n’en demeure pas moins qu’elle

doit être expérimentale et utiliser des exemples simples de tensions (dents de scie,

créneaux). Les montages correspondants pourront être réalisés en travaux pratiques.

Comme l’étude de la dérivation débute en mathématique en classe de première, le

professeur de sciences physiques travaillera en étroite collaboration avec celui de

mathématiques.

En cours on fera établir, par les élèves, les résultats vérifiés en TP :

- l’un des montages entraîne, entre la tension d’entrée Ue(t) et la tension de sortie

Us(t) la relation Us(t) = - RC.dUe/dt.

116

- l’autre est caractérisé par dUs/dt = - Ue/RC.

C’est l’occasion d’utiliser et de consolider les connaissances des élèves en électrocinétique :

lois de l’intensité et de la tension électriques, loi des mailles

D e u x i è m e p a r t i e : O N D E S P R O G R E S S I V E S -

I N T E R F E R E N C E S M E C A N I Q U E S .

CHAPITRE :. P10 : Ondes progressives . Interférences mécaniques.

Durée :6 h C L A S S E 1 ° S


* Distinguer l’émetteur, le récepteur et le milieu de propagation d’un signal.

* Expliquer la différence entre la propagation d'une onde (transport d'énergie) et le déplacement d'une particule (transport de matière)

* Citer des exemples d’ondes (mécaniques, électromagnétiques).

* *Distinguer un signal et onde * Passer d'une représentation y = f(t) d’une onde à une représentation y = f(x) dans le milieu de propagation. * Déterminer une longueur d’onde. * Déterminer la position des franges d’amplitude maximale et/ou nulle. * Citer des applications de ces phénomènes

* Onde : - Ebranlement.

-Source ou émetteur. -Récepteur ou détecteur. - Milieu de propagation. - Onde transversale. - Onde longitudinale. - Onde de torsion. -Durée d’un ébranlement. - Durée de la propagation. - Célérité d’un signal - Amortissement. * Ondes progressives ..

-Exemple : corde vibrante. -Grandeurs caractéristiques : période temporelle, période spatiale (longueur d’onde). - Etats vibratoires des points du milieu. * Les interférences mécaniques - Principe de superposition.

Différence de marche. - Franges d'interférences.

* Expériences sur les signaux : Séquence : émission, propagation, réception. -détermination de la célérité, et des facteurs l’influençant. * Expériences sur les ondes progressives : aspect instantané du milieu, états à différents instants…….

Commentaires :


Recherche documentaire : ondes sismiques, tsunamis

- Diverses observations expérimentales permettent de mettre en évidence la variété des

signaux et des ondes . Dans l'ordre chronologique on pourrait traiter de la propagation d’une

Onde dans un milieu à une dimension (corde, ressort), à deux dimensions (perturbation

produite en un point de la surface d'un liquide : cuve à ondes) et à trois dimensions (bruit

117

engendré en un point de l'espace). A travers ces exemples on insistera sur le mécanisme de

propagation des ondes, les caractères de la célérité : on montrera que la célérité est

constante dans un milieu homogène isotrope donné (on indiquera par conséquent un

procédé de mesure de la célérité) ; le rôle de l'inertie et de l'élasticité du milieu dans la

célérité de propagation pourrait être illustré par l'utilisation de l'échelle de perroquet.

- On donnera les valeurs de la célérité du son dans l'air et dans l'eau.

- La suite du chapitre portera sur une étude expérimentale de la propagation des

mouvements vibratoires. Dans le cas d'un phénomène vibratoire entretenu, on définira la

notion de longueur d'onde dans un milieu unidimensionnel (corde liée à un vibreur entretenu)

en mettant en évidence la double périodicité.

Le stroboscope sera présenté brièvement et utilisé comme moyen pour « ralentir » ou

« immobiliser » apparemment un mouvement périodique rapide afin de pouvoir l’étudier.

- La cuve à ondes sera utilisée pour l'étude de la propagation des phénomènes entretenus

dans le cas d'un milieu bidimensionnel ; on présentera la propagation d'ondes circulaires et

d'ondes rectilignes, la notion de longueur d'onde sera généralisée.

- L'onde sonore (émise par un haut parleur excité par un générateur basses fréquences)

reçue par un microphone pourrait être analysée à l'aide d'un oscilloscope ; on pourrait ainsi

calculer la longueur d'onde de vibrations sonores dans l'air.

- Le principe de superposition déduit de l'observation de la rencontre de deux ondes

permettra de justifier qualitativement le phénomène d'interférences mécaniques. Ce

phénomène sera étudié expérimentalement grâce à la cuve à ondes. L'exploitation de

documents pourrait permettre de justifier qualitativement la figure d'interférences.

On donnera sans démonstration les expressions de la différence de marche pour les franges

d'amplitude maximale et pour les franges d'amplitude nulle.

- On généralisera aux ondes sphériques à travers des exemples d'illustration.

118

T r o i s i è m e p a r t i e : O P T I Q U E

CHAPITRE P11 : Etude expérimentale des lentilles minces.

Durée : 6 h C L A S S E 1 ° S


* Identifier une lentille. * Déterminer les caractéristiques de l’image d’un objet soit par une lentille convergente, soit par une lentille divergente.

* Distinguer foyer objet et foyer image.

* Déterminer une distance focale. * Construire l’image d’un objet

réel par une lentille mince convergente, par une lentille mince divergente.

* Appliquer les formules de conjugaison. * Calculer et/ou mesurer sur un schéma, un grandissement. * Utiliser la formule de conjugaison.

* Lentille mince convergente, Lentille mince divergente .

Axe optique principal, axe secondaire.

Centre optique. Foyer objet, foyer image. Plan focal objet. Plan focal image. Distance focale. Vergence.

- Grandissement. * Association des lentilles . - Formules de conjugaison.

* Etude des caractéristiques d’une lentille convergente, d’une lentille divergente.

* Formation d’une image à l'aide d'une lentille convergente.

* Mesure de la distance focale d'une lentille convergente.

* Vérification expérimentale des formules de conjugaison pour une lentille mince convergente. * Observation d’une image virtuelle (fonction loupe).

Commentaires


Recherche documentaire : 1 Anomalies de la vision, correcteurs. 2. Microscope optique et microscope électronique

- Comme indiqué par le titre, cette partie devra être traitée de façon expérimentale. Il est

recommandé de faire un TP cours; le Kit optic présente l’avantage, pour cela, d’être simple,

manipulable par les élèves et peu encombrant. Par ailleurs la plupart des lycées et collèges

en sont dotés.

- Par leur action sur un faisceau de lumière parallèle on définira lentilles convergentes et

lentilles divergentes. On mettra en évidence les caractéristiques des deux types de lentilles :

axe optique, centre optique, foyers objet et image, distance focale, vergence...

- On visualisera l’image d’un objet donné par une lentille. A ce propos on traitera différents

cas et l’on fera découvrir les caractéristiques de l’image (nature, taille) et le grandissement.

Les formules de conjugaison que l’on établira seront utilisées pour retrouver les

caractéristiques de l’image par le calcul. On insistera également sur les procédés graphiques

utilisables pour la construction de l’image. En travaux dirigés on pourrait faire recours à des

procédés graphiques pour traiter des cas simples d’association de lentilles.

119

- On terminera le chapitre par quelques applications des lentilles (verres correcteurs,

objectifs photographiques, lentilles de projection, microscope...). L’application aux verres

correcteurs sera précédée d’une description simplifiée du système optique que constitue

l’œil.

Activités d’intégration possibles 1 Simulation de l’oeil

Lire l’énoncé dans le recueil « activités » en fin de document (activité 1).

2 Problèmes des tsunamis

120

PROGRAMME DE CHIMIE Les compétences d’année en chimie - Compétence 5


être en chimie organique (alcools, oxydes, aldéhydes, cétones, acides carboxyliques et

esters), doit les intégrer dans des situations familières de résolution de problèmes :

reconnaissance, caractérisation simplifiée de quelques composés oxygénés.

- Compétence 6


être en électrochimie (réactions rédox, propriétés métalliques, potentiels normaux,

électrolyse), doit les intégrer dans des situations familières de résolution de problèmes :

utilisation, applications diverses.

Les chapitres

P r e m i è r e p a r t i e : C H I M I E O R G A N I Q U E L’enseignement de la chimie à ce niveau demeure expérimental. Beaucoup d’expériences

sont réalisables avec des composés organiques d’usage courant.

Tout au long de cet enseignement on cherchera à ordonner les connaissances, les structurer

pour aider à mieux les comprendre et par suite les fixer.

Les mécanismes réactionnels sont hors programme.

CHAPITRE C1 : Généralités sur la chimie organique . Durée :3 h C L A S S E : 1 ° S


* Mettre en évidence l’élément carbone.

* Appliquer les résultats de l’analyse qualitative et quantitative pour déterminer la formule brute d’un composé organique. * Déterminer les formules développées correspondant à une formule brute donnée. * Identifier les différents types d’isomérie plane.

* Objet de la chimie organique . - Atome de carbone. - Valence d’un élément. - Variétés des composés organiques. * Hydrocarbure .

* Analyse qualitative et analyse quantitative .

Formule brute d’un composé organique - Formules développées. - Isomérie plane : isomérie de fonction, isomérie de position, isomérie de chaîne.

* Réalisation d’une combustion, d’une pyrolyse.

• Utilisation de modèles moléculaires.

Etablissement de formules brutes et développées à partir des résultats de l’analyse.

121

Commentaires


Le carbone : 1 Décrire une expérience simple permettant de mettre en évidence la présence du carbone dans une substance. 2 Mener une recherche documentaire sur : - les ressources de carbone. - le cycle du carbone

- La présentation de quelques composés organiques d’usage courant et leur analyse

qualitative (par combustion dans le dioxygène ou par pyrolyse) permettront d'aboutir à la

définition d'une substance organique et par suite à celle de la chimie organique. On

distinguera chimie organique et chimie inorganique. On insistera sur la variété des composés

organiques et les nombreux champs d’application de la chimie organique.

- On montrera comment cette variété est liée à la particularité de la structure électronique de

l’atome de carbone ; on signalera la tétravalence de l’atome de carbone et la prépondérance

de la liaison de covalence. On rappellera les valences des principaux éléments présents

dans les composés organiques et les types de liaisons covalentes correspondants (simple,

double et triple).

- A partir des résultats de l'analyse quantitative et de la donnée de la masse molaire d’une

substance on établira la formule brute correspondante.

- On montrera qu'à une formule brute donnée peuvent correspondre plusieurs formules

développées différentes se rapportant à des substances différentes, ce qui permettra

d'introduire la notion d'isomérie plane.

- Les notions de chaînes carbonées linéaire, ramifiée, cyclique seront précisées.

- NB : Dans ce chapitre on ne se préoccupera pas de la géométrie des molécules.

CHAPITRE C2 : Les alcanes. Durée : 4 h C L A S S E : 1 S


* Donner la structure du carbone tétragonal.

* Donner la structure d’un alcane. * Distinguer isomérie plane et stéréo-isomérie.

* Nommer un alcane et écrire la formule d’un alcane. * Utiliser l’équation-bilan. * Citer quelques applications des alcanes et des dérivés halogénés.

* Prendre des précautions lors de l'utilisation de produits inflammables (les éloigner des sources de chaleur...). * Prendre des précautions lors de l'utilisation de gaz toxiques (dichlore, ammoniac...).

* Alcanes . Formule et règle de nomenclature

des alcanes. - Carbone tétragonal -Représentation spatiale -Conformation. *Réactions de destruction . *Réactions de substitution .

Halogénation. Dérivés halogénés.

- Substituant.

* Préparation du méthane à partir du carbure d’aluminium * Représentation spatiale des alcanes. * Utilisation des modèles moléculaires * Réalisation de la combustion d’alcane dans le dioxygène, dans le dichlore.

* Réalisation de la réaction de substitution d'un alcane par un halogène (dichlore ou dibrome). . .

122

Commentaires


1 Visite du siège de la Société Africaine de Raffinage (SAR) de Mbao : installations de la raffinerie, capacité annuelle de traitement du pétrole . 2 Recherche documentaire sur le pétrole et les gaz naturels.

- Un des objectifs de ce chapitre est d’élargir et d’approfondir les connaissances de base

nécessaires à l’apprentissage de la chimie organique.

- La nomenclature systématique des alcanes doit être exposée avec la plus grande clarté.

- On veillera à préciser les notions de chaîne principale et de ramification ainsi que les règles

de numérotation de la chaîne principale. La formule brute générale, les formules semi-

développées possibles et la structure des alcanes devront être précisées et étayées

d’exemples.

- La notion de “carbone tétragonal” est à préciser ; on introduira à ce propos la

représentation en perspective et la représentation de Newman.

- La description de la structure d’un exemple simple d’alcane tel que l’éthane permettra

d’introduire la notion de conformation. Pour la description des structures les modèles

moléculaires pourraient être avantageusement utilisés.

- Les réactions de destruction et de substitution seront étudiées expérimentalement. Pour la

plupart des expériences on peut utiliser le butane qu’on peut prélever d’une bonbonne de

gaz domestique (ou d'un briquet).

- Les mécanismes réactionnels sont hors programme mais on veillera à préciser que lors

des réactions de substitution la structure du squelette carboné est conservée ; ce qui n’est

pas le cas lors des réactions de destruction (exemple combustion dans le dioxygène ou

oxydation brutale).

- On parlera du caractère exothermique des réactions de combustion des alcanes et

l'utilisation qui est faite de la chaleur de réaction dans la vie courante.

- Si cela n’a pas été fait dans le chapitre précédent on indiquera les différentes sources

d’hydrocarbures ; l’exploitation de ces sources pourrait faire l’objet d’exposés par les élèves.

123

CHAPITRE C3 : Les chaînes carbonées insaturées : les alcènes et les alcynes.

Durée : 5 h C L A S S E : 1 S


* Identifier un alcène ou un alcyne par sa structure ou sa formule semi-développée.

* Nommer un alcène et un alcyne ; écrire les formules développées d’un alcène et d’un alcyne.

* Distinguer les propriétés chimiques des alcènes et des alcynes avec celles des alcanes. * Connaître l’utilité des produits formés. * Ecrire les équations-bilans.

* Ecrire les formules développées des isomères cis et trans (Z et E) et des composés tautomères. * Ecrire les formules semi-développées de certains polymères. * Donner les applications des réactions d’addition et de polymérisation(matières plastiques).

* Alcènes et alcynes . Formules générales et règle de

nomenclature des alcènes et des alcynes. - Carbone trigonal et carbone digonal. - Représenation spatiale. - Configuration -Isomérie cis et trans ou (Z et E). * Réaction d’addition .

Règle de Markovnikov - Composés tautomères. - Dérivés vinyliques. * Réaction de polymérisation . - exemples. - utilisations, applications industrielles.

* Utilisation des modèles moléculaires. *Etablissement de formules semi-développées. * Réalisation de réactions d’addition * Réalisation de réactions de polymérisation

Commentaires


Le polyacétate de vinyle, le polychlorure de vinyle et le polyacrylonitrile sont des polymères. 1 Pour chacun des polymères préciser, le monomère (nom et formule semi-développée) 2 Rechercher les utilisations courantes faites de ces polymères.

- Il s’agit moins de faire l’étude des alcènes puis celle des alcynes que de procéder à une

étude générale qui puisse faire ressortir les propriétés communes des deux familles. Il ne

s'agit pas non plus de faire une étude monographique à ce niveau. On dégagera

expérimentalement chacune de ces propriétés à partir d'alcènes et d'alcynes d'usage

courant (éthylène, acétylène).

- Les formules générales, les règles de nomenclature seront précisées.

- En ce qui concerne la géométrie des molécules, on distinguera les concepts de carbone

digonal et trigonal avec le carbone tétragonal vu dans l'étude des alcanes. Au delà de la

terminologie on fera le lien précis entre le type de carbone et sa géométrie ; on se gardera

toutefois de faire un développement théorique sur la géométrie des molécules ; l’étude reste

descriptive et doit s’appuyer sur l’utilisation de modèles moléculaires.

- On introduira l’isomérie Z/E.

- L’étude des propriétés chimiques des chaînes insaturées sera expérimentale. On pourrait

commencer par la préparation d’un exemple d’alcène et d’alcyne (éthylène par

124

déshydratation de l’éthanol, acétylène par action de l’eau sur le carbure de calcium). Les

composés préparés seront utilisés pour réaliser :

* quelques réactions de destruction : combustion dans le dichlore, le dioxygène.

* des réactions d’addition : on insistera sur la variété des réactions d’addition.

- On étudiera les réactions de polymérisation : on soulignera l’importance de ce type de

réaction notamment dans l’industrie.

CHAPITRE C4 : Le benzène – les composés aromatiques.



* Interpréter les propriétés spécifiques du benzène par la particularité de sa structure. * Ecrire les équation-bilan des différentes réactions d'addition et de substitution.

* Citer les noms des trois dérivés disubstitués du benzène.

* Citer quelques composés à noyau aromatique. * Prendre des mesures de sécurité pour la manipulation du benzène et des dérivés nitrés.

* Benzène . .- Structure du benzène : le noyau benzénique. - Réactions d’addition sur le benzène : addition de dihydrogène, addition de dichlore. - Réactions de substitution sur le benzène : chloration, nitration, sulfonation, alkylation. .* Composés aromatiques. - exemples. - utilisation.

* Utilisation de modèles moléculaires.

* Réalisation de l’addition du dichlore sur le benzène.

* Réalisation de réactions de substitution sur le benzène : chloration, bromation, alkylation. Représentation de quelques molécules, Utilisation de modèles moléculaires.

Commentaires


1 Recherche sur les colorants : nature, emplois 2 Quelles sont les mesures de sécurité à prendre pour prévenir les risques liés à la manipulation des produits toxiques ?

- La particularité de structure du benzène doit être bien connue des élèves. On veillera à

l'exposer avec la plus grande clarté. On justifiera la structure du noyau benzénique par des

arguments chimiques (existence par exemple de trois dérivés disubstitués et non quatre) et

physique (caractère coplanaire des six atomes carbone, longueur de la liaison C - C etc.).

On soulignera la stabilité du benzène.

- A partir d'une étude expérimentale on fera découvrir les propriétés chimiques particulières

du benzène : - réactions d'addition relativement difficiles et impliquant d'emblée six atomes

ou groupes d'atomes monovalents. - réactions de substitution nombreuses et faciles.

- La stabilité du benzène, comme ses propriétés chimiques spécifiques seront mises en

relation avec la particularité de structure. En ce qui concerne les réactions d'addition on

soulignera les changements de structures qui les accompagnent ; ce qui permettra

d'introduire les conformations chaise et bateau que l'on représentera à l'aide de modèles

moléculaires.

125

- Pour les réactions de substitution on précisera que la structure du noyau benzénique est

conservée ; avantageusement on pourrait utiliser les modèles moléculaires. La

représentation concrète des isomères disubstitués permettra de préciser et de distinguer les

positions ortho, méta et para. Pour la nitration du benzène, on ne préparera que le

mononitrobenzène, pour cela on opérera en milieu refroidi (bain bien glacé) ; on signalera

cependant l'existence du dinitro et trinitrobenzène en précisant les positions relatives des

substituants (position méta), toutefois aucune justification théorique n'est à faire. Les règles

d'orientation sont hors programme.

- On citera quelques exemples de composés aromatiques en précisant leur formule semi-

développée (toluène, xylène, aniline, phénol, naphtalène).

- L'utilisation des composés aromatiques et dérivés sera donnée : insecticides,

solvants, explosifs etc.

CHAPITRE C5 : Les composés organiques oxygénés. Durée :6 h C L A S S E 1 ° S

Objectifs d’apprentissage Contenus Activités

d'apprentissage * Identifier les fonctions oxygénées à partir de leur formule. * Nommer un alcool, un éther-oxyde, un aldéhyde, une cétone. un acide carboxylique, un ester.

* Distinguer les trois classes d’alcool par leurs formules développées.

* Distinguer les aldéhydes des cétones par des tests d’identification. *.

*Reconnaissance des fonctions : alcools , aldéhyde, cétone, acide carboxylique, ester. Groupement caractéristique. Formule brute Nomenclature Isomérie : les trois classes d’alcools. *Caractérisation des aldéhydes et cétones Action de la DNPH, Action du réactif de Schiff, Action de la liqueur de Fehling). Action du réactif de Tollens

• Représentation de formules développées.

• Utilisation des modèles moléculaires

Tests d’identification des aldéhydes et des cétones.

Commentaires


Outre le fait d'obtenir un ester, utile dans l'industrie agroalimentaire, en parfumerie ou d'autres secteurs industriels, l'estérification est utile, de par son caractère réversible (pour les acides carboxyliques et les alcools, tout du moins), dans le cadre de la protection de fonctions. 1 Rechercher les formules des groupements caractérisant les fonctions : acide carboxylique, alcool et ester 2. Rechercher des exemples d’esters utilisés dans l’industrie agroalimentaire et en parfumerie.

Ce chapitre vise essentiellement deux objectifs spécifiques :

- le premier est de pouvoir caractériser quelques composés organiques oxygénés par leur

groupement caractéristique, leur formule et leur nom.

126

- le second est de montrer que l’on peut caractériser en général les fonctions, mais on

se contentera de donner l’exemple des aldéhydes et cétones pour lesquels des tests

simples à réaliser permettent cette caractérisation.

Pour la reconnaissance des différentes fonctions oxygénées on pourrait présenter dans

l’ordre :

* les composés organiques dont la molécule comporte un atome d'oxygène : alcool et éther-

oxyde (liaison simple - O -) d'une part, aldéhyde et cétone (liaison double C O ) d'autre part

* les composés dont la molécule comporte deux atomes d'oxygène : acide carboxylique et

ester (C

O

O ).

*Noter l’isomérie de fonction entre alcools et éther -oxydes, aldéhydes et cétones et acides

carboxyliques et esters.

Au cours de cette présentation on donnera les règles de nomenclature ; pour les alcools on distinguera

les trois classes. Dans la suite on fera les tests d'identification des aldéhydes et cétones. Les

propriétés des autres fonctions seront étudiées en terminale.


1 Identification d’une substance

Un flacon porte sur son étiquette la seule mention C3H6O et contient un liquide pur incolore.

Proposer un minimum de tests permettant d’Identifier le composé contenu dans le flacon et

réaliser ces tests (tous les réactifs nécessaires sont disponibles au laboratoire).

2 Organigramme récapitulant la filiation des compos és étudiés en chimie organique.

127

Deuxième partie : OXYDOREDUCTION Dans toute cette partie les expériences à réaliser nécessitent des conditions simples à réunir :

- moyens matériels non sophistiqués, peu onéreux : verrerie ordinaire, solutions diluées de sels

métalliques, lames métalliques.

- protocole expérimental simple : contact direct des réactifs sans chauffage ni refroidissement le plus

souvent ; bon nombre de ces expériences sont réalisables dans des tubes à essais et ne présentent

aucun danger.

C'est l'occasion de faire manipuler les élèves pour donner à la chimie encore une fois l'image qui lui

sied.

CHAPITRE C6 : Notion de couple oxydant-réducteur


Objectifs d’apprentissage Contenus Activités d'appr entissage * Réaliser des réactions d’oxydo-réduction. * Donner des exemples de couples ion métallique/métal et distinguer oxydant et réducteur. * Ecrire et interpréter les demi équations électroniques.

• Ecrire l’équation-bilan d’une réaction d’oxydoréduction.

* Réaction d’oxydoréduction . Oxydation, Réduction,

oxydoréduction. - Oxydant, Réducteur. * Couple oxydant-réducteur ion métallique /métal .

-- Notation. -Demi équation électronique.

* Réalisation de réactions d’oxydoréduction et mise en évidence de quelques couples oxydant-réducteur. * Ecriture de demi-éqations

Commentaires


1 Quels sont les métaux usuels ? Où les trouver ? A quoi servent – ils ? 2 Rappeler les méthodes de caractérisation des ions métalliques fer (II), fer(III), cuivre (II), zinc (II), aluminium (III).

- A titre introductif on pourrait :

* présenter brièvement les métaux en insistant sur leur caractère électropositif conséquence

d'une structure électronique particulière,

* rappeler, expériences à l'appui, les caractéristiques de quelques ions : couleur en solution

aqueuse, tests d'identification. La caractérisation des ions étudiée en classe de seconde

prend ici toute son importance.

- Dans l'ordre on présentera les notions de réaction d'oxydoréduction et de couple oxydant-

réducteur ion métallique/métal. L'action d'un métal tel que le zinc sur la solution de l'ion d'un

autre métal tel que l'ion Cu2+ permettra de définir l'oxydation, la réduction et la réaction

d'oxydoréduction. La réaction d'oxydoréduction sera interprétée à ce niveau comme un

transfert d'électrons du métal (le réducteur) à l'ion métallique (l'oxydant).

- La notion de couple oxydant-réducteur sera déduite de la mise en évidence expérimentale

de la réduction d'un ion métallique en métal et de la transformation inverse.

128

- On généralisera aux autres métaux et l'on traduira par la demi-équation électronique :

CHAPITRE C7 : Classification qualitative des couples oxydant-réducteur ion métallique/métal



Prévoir le sens de la réaction spontanée entre deux couples ion métallique/ métal. * Enoncer la règle dite “ du gamma”.

* Interpréter les réactions d’oxydoréduction en termes d’interaction entre couples.

* Ecrire les équation-bilan des réactions d'oxydoréduction. * Retenir le principe de la classification * Utiliser la classification.

* Classement de deux couples . - Sens de la réaction spontanée entre deux couples. - Equation- bilan Tableau de classification qualitative des couples ion métallique/métal. - Principe de la classification électrochimique. - présentation. - intérêt.

* Réalisation des réactions d’oxydoréduction. entre couples ion métallique/métal. * Classification des couples à partir des résultats expérimentaux.

Commentaires


Recherche documentaire : 1 Comparaison des propriétés des métaux usuels : propriétés communes et propriétés distinctives. 2 Pourquoi ne trouve-t-on pas la plupart des métaux à l’état natif ?

- Partant des espèces de deux couples ion métallique/métal : on fera découvrir le sens de la réaction

spontanée entre ces deux couples ; ce qui permettra de les classer. On retiendra que l'oxydant le plus

fort réagit avec le réducteur le plus fort pour donner l'oxydant le plus faible et le réducteur le plus faible

(loi du plus fort pour mémoire ou règle du gamma). Il est important de souligner dès à présent le

caractère exoergique de cette réaction spontanée ; ce qu'on pourrait mettre en évidence en faisant

réagir dans un tube à essais la poudre de métal et la solution d’ion métallique le plus oxydant.

- L'expérience préliminaire ainsi réalisée sera répétée avec d'autres couples ion métallique/métal. Un

choix judicieux permettra, à l'aide d'un minimum de tests, d'arriver à une classification générale des

couples usuels ion métallique/métal : Ag+/Ag, Al3+/Al, Cu2+/Cu, , Pb2+/Pb, Sn2+/Sn, Zn2+/Zn.

- On soulignera l'intérêt de la classification dans la prévision des réactions on signalera toutefois ses

limites ( Fe 2+/Fe et Pb2+/Pb).

M n+ + n e- M

129

CHAPITRE C8 : Classification quantitative des couples oxydant-réducteur.

Durée : 6h C L A S S E : 1 S


* Déterminer la polarité d’une pile (expérience ou utilisation des potentiels).

* Déterminer la fem d’une pile. .Ecrire l'équation-bilan de la

réaction de fonctionnement d’une pile.

*

* Placer le couple H3O+/H2 dans l’échelle de classification électrochimique.

* Pile . - constitution et réalisation. - Polarité et caractéristique.

--- notation conventionnelle Demi-pile à hydrogène . - Place du couple H3O+/H2 dans

l’échelle de classification électrochimique – Constitution de la demi-pile * Potentiel normal d’un couple oxydant-réducteur .

* Expériences sur les piles : réalisation, mesure de fem. Expérience : action des acides sur les métaux * Mesure du potentiel d’un couple oxydant-réducteur.

Commentaires


1 Découper sur une feuille de zinc et une feuille de cuivre deux plaques de 3 cm x 3cm. Avec du liquide de batterie d’accumulateur (acide sulfurique) imbiber un morceau de carton de mêmes dimensions que les deux plaques métalliques. Insérer le carton entre ces plaques. A l’aide fils métalliques, relier les plaques métalliques, l’une au plot et l’autre au culot d’une ampoule électrique. Q’elle observation fait-on ? 2 Superposer deux, puis trois ; puis quatre éléments identiques au précédent. Relier à chaque fois les lames extrêmes au plot et au culot de l’ampoule. Décrire vos observations.

- De l'action des acides chlorhydrique et sulfurique dilués et à froid sur quelques métaux on

déduira la réduction de l'ion hydronium H3O+ en dihydrogène H2. Ce qui permet d'introduire

le couple H3O+/H2 noté simplement H+/H2 et par suite d'insérer ce couple dans la

classification électrochimique des métaux précédemment établie.

- La pile Daniell sera réalisée et son fonctionnement expliqué ; on montrera en particulier que

le bilan des réactions d'électrodes correspond à la réaction spontanée qui a lieu entre les

couples Cu2+/Cu et Zn2+/Zn.

- Cette réaction, comme déjà vue, est assortie d'une énergie chimique convertie ici en

énergie électrique dont une partie est perdue sous forme calorifique dans les différentes

sections du circuit de fonctionnement.

- Se servant de la pile Daniell comme prototype, on réalisera, en TP, diverses piles dont on

déterminera les polarités et la valeur de leur f.e.m. On donnera à l'appui leur représentation

conventionnelle .

- La demi-pile à hydrogène étant prise comme référence (E°H3O+/H2 = 0,00 V) (ou à défaut

une demi-pile ion métallique/métal tel que Cu2+/Cu) on en déduira les potentiels des autres

demi-piles ion métallique/métal.

130

- La notion de potentiel normal sera expliquée ; après avoir indiqué le principe de la

classification on donnera un extrait du tableau des potentiels normaux, extrait concernant

pour le moment les couples ion métallique/métal usuels et le couple H+/H2. On retiendra que

le potentiel d'un couple mesure la "force" de l'oxydant de ce couple.

- On précisera à nouveau le sens de la réaction spontanée entre deux couples de potentiels

normaux donnés : "l'oxydant du couple dont le potentiel est le plus élevé réagit avec le

réducteur du couple dont le potentiel est le plus bas".

- A partir du tableau des potentiels normaux on montrera comment on peut prévoir la

polarité, calculer la f.e.m et écrire l’équation-bilan de fonctionnement d'une pile.

- Pour clore le chapitre on signalera, à titre tout à fait indicatif, l'existence d'autres piles ; mais

à cette occasion aucun développement théorique n'est à faire ni sur leur constitution ni sur

leur fonctionnement. On parlera plutôt de l'utilisation pratique faite des piles.

CHAPITRE C9 : Généralisation de l’oxydoréduction en solution aqueuse.

Durée : 5 h C L A S S E ° 1 S

Objectifs d’apprentissage Contenus Activités d'appr entissage * Ecrire les demi-équations électroniques d’autres couples.

** Ecrire les équations d’oxydoréduction. * Vérifier la règle dite du “gamma”. * Déterminer le potentiel d’un couple * Manipuler avec précaution certains produits comme le permanganate de potassium.

* Couples oxydant-réduc-teurs autres que ion métallique /métal .

*.- exemples, - demi-équation électronique. Généralisation . - potentiels normaux. - réactions d’oxydoréduction Application au dosage d’oxydoréduction

* * Expériences : mise en évidence d’autres couples en solution aqueuse. Expériences : Détermination du potentiel d’un couple. Réalisation de réactions entre divers couples.

Commentaires


Définir la manganimétrie et indiquer quelques unes de ses applications pratiques.

- Dans les chapitres qui précèdent ont été étudiées des réactions d'oxydoréduction faisant

intervenir des couples ion métallique/métal. Les notions de couple oxydant-réducteur et de

potentiel vues dans ces chapitres peuvent être généralisées à toutes les réactions

d'oxydoréduction en solution aqueuse.

- Cette généralisation se fera sur la base d'expériences comportant :

* la mise en évidence d'autres couples oxydant-réducteurs en solution aqueuse, entre autres

couples on étudiera : MnO4-/Mn2+, I2/I-, Cr2O72-/Cr3+, Fe3+/Fe2+, S2O82-/SO42-, S4O62-

/S2O32-

131

* la mesure des potentiels normaux de ces couples : cela se fera à partir de la détermination

de la polarité et de la f.e.m de piles constituées de la demi-pile correspondant à chacun de

ces couples et de la demi-pile à hydrogène (ou à défaut de la demi pile Cu2+/Cu en tenant

compte du décalage de 0,34V).

- On précisera que la réaction d'oxydoréduction en solution aqueuse se solde par un

transfert d'électrons du réducteur le plus fort (potentiel le plus bas) à l'oxydant le plus fort

(potentiel le plus élevé). On apprendra aux élèves à en faire le bilan en écrivant

correctement au préalable les demi-équations électroniques des deux couples. A titre

d’application on fera le dosage de l’ion ferreux par l‘ion permanganate en milieu acide.

D’autres exemples seront traités en exercices.

CHAPITRE C10 : Electrolyses, bilan quantitatif. Durée : 6 h C L A S S E : 1 S


* Rappeler le sens du mouvement des ions dans un électrolyte.

* Indiquer le type de réaction au niveau de chaque électrode (oxydation anodique et réduction cathodique)

** Appliquer la théorie simplifiée de l’électrolyse.

*.*Interpréter quantitativement l’équation de réaction au niveau de chaque électrode. *Citer des applications de l’électrolyse.

* Electrolyses . -- -Réaction provoquée.

-Phénomène de surtension. -Réaction aux électrodes. -Règle de prévision. -Aspects quantitatifs de l’électrolyse. * Applications. - Galvanoplastie. - Chromage. - Affinage des métaux.

* Réaliser des électrolyses en solution aqueuse de HCl, NaCl, NaOH, CuSO4 avec électrodes en graphite, CuSO4 avec anode en cuivre.

Commentaires


1 Galvanoplastie, chromage, plaquage d’or et autres : préciser ce que c’est. Pourquoi a-t-on besoin de protéger certains métaux ? 2 Citer quelques applications de l’électrolyse en bijouterie et dans l’industrie.

- Jusqu'à maintenant les réactions d'oxydoréduction étudiées étaient des réactions

spontanées. Dans ce chapitre les réactions considérées ont lieu grâce à l'action du courant

électrique. Dès lors, on montrera à partir d'un exemple simple que dans l'électrolyse ont lieu

des réactions d'oxydoréduction provoquées inverses des réactions spontanées, l'apport

d'énergie étant assuré par le courant électrique.

- A titre indicatif les règles simplifiées de l'électrolyse pourraient être énoncées à l'issue de

l'étude expérimentale d'un exemple d'électrolyse tel que l'électrolyse d'une solution d'iodure

de potassium entre électrodes en graphite. Toutefois on montrera, à partir d'exemples, que

l'existence de phénomènes tels que les surtensions rendent plus difficile la prévision des

132

réactions d'une électrolyse ; la connaissance des potentiels d'oxydoréduction reste

nécessaire mais ne suffit pas pour prévoir complètement les réactions qui se produisent

effectivement aux électrodes. En conséquence, tout au long de cette étude, il est souhaitable

de privilégier l'observation expérimentale. Les exemples étudiés pourront être variés mais

devront être traités cas par cas et l'on partira toujours de la mise en évidence des produits

formés avant l'interprétation par les réactions d'électrodes.

- Parmi les exemples étudiés on présentera l'électrolyse du chlorure d'étain (II) entre

électrodes de graphite (intervention des espèces du soluté), l’électrolyse de l'eau entre

électrodes de graphite (intervention du solvant), l’électrolyse d'une solution de sulfate de

cuivre (II) entre électrodes de cuivre ou électrolyse à anode soluble (intervention de

l'électrode).

- On fera l'étude quantitative de l'électrolyse ; on l'appliquera à des calculs de quantités de

matière formées au niveau des électrodes.

- On insistera sur l'importance de l'électrolyse dans la préparation de produits industriels, la

purification et l'affinage des métaux, les dépôts métalliques (plaques d'or en bijouterie,

chromage de pièces métalliques, etc.)

CHAPITRE C11 : Oxydoréduction par voie sèche. Durée : 4 h C L A S S E ° 1 S


**Donner des exemples de réactions d’oxydoréduction par voie sèche.

* Utiliser les règles d’attribution des nombres d’oxydation.

* *Utiliser les nombres d’oxydation pour identifier une réaction d’oxydoréduction, distinguer l’oxydant et le réducteur puis équilibrer l’équation. *Expliquer la corrosion.

* Citer les types de corrosion. *Citer quelques méthodes de protection des métaux.

* Réaction d’oxydoréduction par voie sèche .

Electronégativité. Indice d’électronégativité.

- Echelle de Pauling. - Nombre d’oxydation. * Corrosion des métaux . * Applications : protection des métaux, aluminothermie .

* Réaliser des réactions d’oxydoréduction par voie sèche.

Commentaires


Recherche documentaire : à partir d’exemples, expliquer le traitement des minerais pour la préparation des métaux.

- Les réactions d'oxydoréduction par voie sèche pourraient être illustrées expérimentalement

par des combustions de solides et gaz dans le dioxygène (sodium, magnésium, carbone,

dihydrogène) et dans le dichlore (sodium, dihydrogène). On montrera que si pour certaines

de ces réactions le transfert d'électrons est justifié, pour d'autres il l'est moins. Traitant de la

133

combustion du dihydrogène dans le dioxygène (ou le dichlore), on introduira le principe d'un

"transfert fictif" d'électrons de l'élément le moins électronégatif, l'hydrogène, à l'élément le

plus électronégatif, l'oxygène (ou le chlore). Ce qui conduit à la convention des nombres

d'oxydation dont on donnera les règles (corps simple, ion simple, molécule, ion

polyatomique). Pour l'attribution des nombres d'oxydation, il sera utile de connaître

l'électronégativité des éléments. Pour une "molécule" du type A-B on expliquera l'attribution

des nombres d'oxydation aux éléments A et B à partir des valeurs de leur électronégativité

extraites de l'échelle d'électronégativité (échelle de Pauling).

- A travers divers exemples on insistera sur l'utilisation des nombres d'oxydation pour

identifier une réaction d'oxydoréduction, distinguer l'élément oxydé et l'élément réduit,

équilibrer l'équation correspondante.

- A titre d'applications on soulignera l'importance des réactions d'oxydoréduction par voie

sèche dans la préparation des métaux :

* réduction des oxydes, des sulfures métalliques par le carbone, le monoxyde de carbone et

le dihydrogène;

* réduction des oxydes de métaux tels que le manganèse et le chrome par l'aluminium ou

aluminothermie.

- Parlant de l'oxydation lente des métaux, on expliquera le phénomène de corrosion des

métaux et les méthodes de protection utilisées en particulier pour le fer (ou l'acier)

Thème : Un chapitre pourra être traité sous forme d'exposé par les élèves pour illustrer les

engrais. Il faudrait pouvoir citer différents types d'engrais : azotés (nitriques et

ammoniacaux), phosphatés, potassiques. Il faudrait insister sur leur importance et leur

utilisation.


1 Extraction du cuivre d’un minerai

• Tests préliminaires

1. Dans un tube à essais T1 contenant 1 mL de solution bleue de sulfate de cuivre (II) à 0,1

mol.L-1 ajoutons un petit morceau de laine de fer; fermons le tube avec un bouchon et

agitons vigoureusement pendant environ une minute. La solution prend une teinte verte très

pâle et la laine de fer se recouvre d'un dépôt rouge.

Prélevons un peu de la solution dans un tube à essais T2 et ajoutons-y une ou deux gouttes

de solution de soude: un précipité vert se forme.

Interpréter les réactions observées dans les tubes T1 et T2 et écrire leurs équations.

2. Dans un tube à essais T3 contenant 1 ml de solution jaune de sulfate de fer(lll) à 0,1 mol.L-

1, ajoutons un petit morceau de la laine de fer; fermons le tube avec un bouchon et agitons

134

vigoureusement pendant environ une minute. La solution prend une teinte verte très pâle et

le volume de la laine de fer a nettement: diminué.

Prélevons un peu de la solution dans un tube à essais T4 et ajoutons-y une ou deux gouttes

de solution de soude: un précipité vert se forme.

Interpréter les réactions observées dans T3 et T4 et écrire leurs équations.

• Récupération du métal cuivre

3. Par action d'une solution d'acide sulfurique à 0,2 mol.L-1, un minerai de cuivre

grossièrement broyé fournit une solution: contenant les cations cuivre (ll) à 2,80 g.L-1 et

fer(lll) à 0,84 g.L-1.On considère la purification d'un volume V = 100 L de solution

On ajoute à cette solution une masse m de fer en petites plaques et on agite le mélange

jusqu'à ce qu'il n'évolue plus, le cuivre se détachant au fur et à mesure de sa formation. Un

ajout de quelques gouttes de soude à un prélèvement de la solution finale donne un précipité

vert.

a. lnterpréter les faits observés et en particulier le précipité vert donné avec le prélèvement.

b. Comment aurait-on pu vérifier qu'il n'y a plus d'ions Fe3+ dans la solution?

c. Écrire les équations des réactions qui se déroulent en présence des plaques de fer.

d. Déterminer la masse minimale de plaques de fer qu'il est nécessaire d'utiliser pour

récupérer tout le métal cuivre.

2 Pourquoi l’or est –il le seul métal à se trouver à l’état natif dans la nature ?

3 Fabriquer une pile avec du matériel de récupérati on et réaliser l’éclairage d’une

chambre.

135

PROGRAMMES DE SCIENCES PHYSIQUES PROGRAMMES DE SCIENCES PHYSIQUES PROGRAMMES DE SCIENCES PHYSIQUES PROGRAMMES DE SCIENCES PHYSIQUES

DES CLASSES DE TERMINALES SDES CLASSES DE TERMINALES SDES CLASSES DE TERMINALES SDES CLASSES DE TERMINALES S1111 ET S ET S ET S ET S2222

A o û t 2 0 0 8 A o û t 2 0 0 8 A o û t 2 0 0 8 A o û t 2 0 0 8

136

SOMMAIRE DU PROGRAMME DE TERMINALE S1 ET S2

HORAIRE : 6 H / ELEVE


CHAPITRE


CINEMATIQUE - DYNAMIQUE

P1 Cinématique du point. 5 + 1 =6

P2 Bases de la dynamique 4 + 1 = 5

P3 Applications des bases de la dynamique. 10

P4 Gravitation universelle 6

ELECTROMAGNETISME.

P5 Généralités sur les champs magnétiques - Champs ma gnétiques des

courants.

6

P6 Mouvement d’une particule chargée dans un champ ma gnétique uniforme. 6

P7 Loi de Laplace. 5

P8 Induction magnétique- Etude d‘un dipôle (R, L). 6

P9 Etude du dipôle (R,C). 5

OSCILLATIONS – OPTIQUE.

P10 Oscillations électriques libres et oscillations él ectriques forcées 9

P11 Oscillations mécaniques libres. 4

P12 Interférences lumineuses. 6

PHENOMENES CORPUSCULAIRES.

P13 Effet photoélectrique : mise en évidence et interpr étation 4

P14 Niveaux d’énergie de l’atome. 4

P15 Réactions nucléaires 8

Total . 90

137

PROGRAMME DE CHIMIE CLASSE DE Terminales S

CHAPITRE


C1 Alcools 6

C2 Amines 4

C3 Acides carboxyliques et dérivés. 5

C4 Cinétique chimique. 5

C5 Autoprotolyse de l’eau - pH d’une solution aqueuse - Indicateurs colorés 6

C6 Acide fort- Base forte- Réaction entre acide fort et base forte ; Dosage. 7

C7 Acides et bases faibles - couples acide-base - con stante d’acidité et classification des couples acide-base.

8

C8 Réaction acide faible/base forte (et vice versa), effet tampon. Dosage. 7

C9 Acides αααα aminés (éléments de stéréochimie) 5

Total . 53

138

REFERENTIELS ET COMMENTAIRES DU PROGRAMME DE TERMIN ALE S

PP RR OO GG RR AA MM MM EE DD EE PP HH YY SS II QQ UU EE


Compétence 1

A la fin de la classe de terminale S, l’élève ayant acquis des savoirs, savoir-faire et

savoir-être en mécanique (lois de Newton et/ou théo rèmes relatifs à l’énergie), doit

les intégrer dans des situations d’explication, de prévision et de résolution de

problèmes liés au mouvement ou au repos de systèmes mécaniques.

Compétence 2


savoir-être en électromagnétisme (loi de Laplace, i nduction, dipôle R,L, dipôle R,C,

oscillations électriques) doit les intégrer dans de s situations d’explication, de

prévision et de résolution de problèmes.

Compétence 3


savoir-être sur les phénomènes ondulatoires et phén omènes corpusculaires

(phénomènes lumineux, niveaux d’énergie, réactions nucléaires), doit les intégrer

dans des situations de résolution de problèmes.

Les chapitres

Première partie : Etude cinématique et dynamique de s mouvements.

Le programme de cinématique de la classe de terminale consolide et complète surtout les

acquis des élèves dans ce domaine ; ce faisant il les prépare à l’étude de la dynamique.

Les lois horaires et propriétés caractéristiques des mouvements étudiés en cinématique

seront très utiles par la suite et viendront en complément de l’étude dynamique de ces

mouvements.

L'utilisation de l'outil mathématique (dérivation, intégration) sera d'un grand apport. Il est

donc recommandé de travailler en collaboration avec le professeur de mathématiques de la

classe.

139

CHAPITRE P1 : Cinématique du point. Durée : 6 h C L A S S E : T ° S


* Citer des référentiels. * Utiliser les coordonnées cartésiennes, polaires et l’abscisse curviligne * Utiliser les expressions du vecteur position, vecteur vitesse instantanée et du vecteur accélération instantanée. * Utiliser les expressions des accélérations tangentielle et normale. * Utiliser les lois horaires de

quelques mouvements : (mouvements rectilignes uniforme, uniformément varié, sinusoïdal) et mouvements circulaires : (uniforme, uniformément varié, sinusoïdal).

* Réaliser quelques expériences en cinématique : banc et table à coussin d’air, chute libre, plan incliné

Rappels : - Mobile, - Relativité du mouvement Référentiels , - définition, - exemples * Grandeurs cinématiques - Repères et systèmes de

coordonnées (cartésiennes, polaires, abscisse curviligne).

- Vitesse. - Accélération - Lois horaires. * Etude de quelques mouvements - Mouvements rectilignes (uniforme, uniformément varié, sinusoïdal). - Mouvements circulaires (uniforme, uniformément varié)

* Observations : * mouvements, trajectoires. * Enregistrements de mouvements * Exploitation des documents.

Commentaires


Galiléo Galilei (1564-1642) est incontestablement le père de la cinématique. Il a non seulement été un brillant observateur de l’univers, mais il a aussi cherché à expliquer les mouvements qu’il observait. Par un ensemble de dispositifs expérimentaux de mesures et de raisonnements mathématiques, il a cherché à décrire en particulier les mouvements de chute. L’un des principaux problèmes élucidés par Galilei est celui du système de référence auquel on rapporte le mouvement. 1 Faire des recherches sur la biographie de Galilei. 2. Qu’appelle-t-on système de référence ou référentiel ? 3. Citer des exemples de référentiels.

Rappeler les notions de cinématique du point étudiées en classe de seconde : notion de

mouvement, mobile, relativité du mouvement, référentiel, coordonnées cartésiennes, vitesse

moyenne.

Pour le concept de référentiel on s’en tiendra à ce niveau à donner des exemples, la notion

de référentiel galiléen sera introduite en dynamique. On insistera sur la représentation d'un

point dans l'espace et l'utilisation d'autres systèmes de coordonnées (coordonnées polaires

et abscisse curviligne). S’appuyant sur l’approche déjà utilisée en classe de seconde pour la

détermination des vitesses on en viendra à l’expression du vecteur vitesse instantanée en

140

fonction du vecteur position : le vecteur vitesse instantanée est la dérivée première par

rapport au temps du vecteur position. Au fur et à mesure du déroulement de la leçon le

professeur veillera à apporter les compléments mathématiques utiles (notions de dérivée et

primitive) à partir d’exemples simples.

Définir l’accélération moyenne et l’accélération instantanée et donner les expressions des

accélérations tangentielle et normale.

On donnera la loi de composition des vitesses : une illustration en sera faite à l'aide d'un ou

de deux exercices, cela permettra entre autres exemples de calculer la vitesse d'éjection des

gaz d'une fusée par rapport à un référentiel autre que celui de la fusée.

L'étude expérimentale de quelques mouvements faite en classe de seconde sera complétée

ici par une étude théorique à l’aide des grandeurs cinématiques sus définies. Les lois

horaires x = f(t), v = g(t) et a = h(t) seront établies et on insistera sur les conditions initiales.

On étudiera des mouvements rectilignes (uniforme, uniformément varié, sinusoïdal),

circulaire (uniforme, uniformément varié). Pour chaque mouvement étudié on soulignera les

propriétés caractéristiques. A travers des exercices variés les élèves seront amenés à

employer ces propriétés qui sont très utiles dans tout le programme.

Le mouvement circulaire sinusoïdal sera traité uniq uement en classes de TS1 et TS3.

La loi de composition des accélérations, les hodogr aphes des vitesses et des

accélérations sont hors programme.

CHAPITRE : P2 : Bases de la dynamique Durée :4 h C L A S S E : T ° S

Objectifs d’apprentissage Contenus Activités d'appr entissage * Choisir le référentiel adapté au mouvement. * Mettre en évidence le centre d’inertie. * Appliquer la relation barycentrique pour déterminer le centre d’inertie (cas simples) * Exploiter des enregistrements (pour déterminer le centre d’inertie, vérifier le principe de l’inertie) * Enoncer et formuler les lois de Newton. * Calculer des moments d'inertie de divers solides par utilisation du théorème de Huygens. * Utiliser un banc à coussin d'air.

* Centre d’inertie . - mise en évidence, - relation barycentrique * Quantité de mouvement * Principe de l'inertie (1ère loi de

Newton). * Référentiel galiléen . * Relation fondamentale de la

dynamique . - énoncé, - formulation * Théorème du centre

d'inertie .(2ème loi de Newton) - énoncé, - formulation. * Théorème de l'accélération

angulaire . - énoncé, - formulation * Théorème d'Huygens * Conséquence : Théorème de l’énergie cinétique

* Expérience de mise en évidence du centre d’inertie (table à coussin d’air) * Exploitation de documents. * Illustration du principe de l'inertie (banc à coussin d'air).

141

Commentaires


1 Qui était Issac NEWTON ? 2 Enoncer les trois lois de Newton 3 Quel est le domaine de validité de ces lois ?

Ce chapitre débutera par la mise en évidence du centre d’inertie : réaliser une expérience

ou exploiter des enregistrements. Donner l’expression de la relation barycentrique, relation

précisant la position du centre d’inertie par rapport aux autres points du système (il n’est

pas demandé d’établir cette relation à partir de documents).

Le vecteur quantité de mouvement sera défini pour un point matériel puis pour un système

de points matériels.

On rappellera les exemples importants de référentiels que constituent les référentiels

héliocentrique (ou de Copernic), géocentrique (ou de Coriolis) et terrestre (ou de

laboratoire).

Insister sur l’importance du choix du référentiel pour l’étude d’un mouvement.

Le principe de l'inertie sera énoncé et on l'illustrera à l'aide d'un banc à coussin d'air (à

défaut faire exploiter un document). Définir par la même occasion la notion de référentiel

galiléen et préciser les approximations faites lorsqu'on désire considérer certains

référentiels (géocentrique, terrestre) comme galiléens et leurs limites d'utilisation.

L’observation de quelques mouvements simples permet de montrer qualitativement que la

cause de la variation de vitesse du centre d’inertie d’un système est l’existence d’une force

non compensée.

On admettra que la relation fondamentale de la dynamique est un postulat de base de la

mécanique classique et comme tout postulat il ne se démontre pas, il trouve sa justification

dans les résultats concordants qu’il donne avec l’expérience. Insister sur le fait qu’elle n'est

valable que dans un référentiel galiléen.

Le théorème du centre d'inertie sera déduit de la relation fondamentale de la dynamique en

considérant que si la vitesse d'un mobile est négligeable devant la célérité de la lumière

alors la masse du mobile est une constante qui le caractérise, elle est indépendante du

temps.

On établira uniquement pour les séries S1 et S3 (an ciennes séries C et E) le théorème

de l'accélération angulaire.

142

On rappellera le moment d'inertie de certains solides et on donnera le théorème d'Huygens

sans démonstration.

Les théorèmes relatifs à l'énergie (théorème de l'énergie cinétique, théorème de l'énergie

mécanique) parties intégrantes des bases de la dynamique seront rappelés sans

démonstration. Le chapitre qui suit sera mis à profit pour leurs applications dans la résolution

de problèmes concrets de dynamique.

La conservation de la quantité de mouvement sera il lustrée par un exemple

d’application sous forme d’exercice : on traitera u n exemple de choc élastique et un

de choc inélastique ; on se limitera à ces deux exe mples.

CHAPITRE P3 : Applications des bases de la

dynamique

Durée : 10 h C L A S S E : T °S


* Résoudre des problèmes de

dynamique * Appliquer les théorèmes fondamentaux à des mouvements particuliers. * Exploiter, interpréter des enregistrements de mouvements.

* Mouvements d’un projectile dans le champ de pesanteur uniforme

- chute libre de direction verticale - chute ralentie : plan incliné - chute parabolique - chute verticale dans un fluide * Autres exemples de mouvements : - pendule conique, fronde, virage - mouvements sur pistes variées, - mouvements combinés (rotation-

translation) * Mouvements d’une particule chargée dans un champ électrique uniforme : - mouvement rectiligne. - mouvement parabolique. - déflexion électrique * Applications : - détermination de g, - Oscilloscope

• Résolution de

problèmes de dynamique.

• Expérience et /ou exploitation de document sur la chute libre et la chute ralentie.

Commentaires


Lâcher sans vitesse initiale une bille ponctuelle sur la ligne de plus grande d’un plan incliné de 30° sur l’horizontale. Repérer la position de l’objet à intervalles de temps égaux successifs très petits. 1 Reproduire l’enregistrement obtenu. 2 En déduire l’accélération du mouvement. 3 Etablir l’expression théorique de l’accélération du mouvement en considérant que les frottements sont négligeables. Faire l’application numérique. Prendre g = 9,8 S.I. Comparer avec le résultat obtenu expérimentalement. Conclure.

143

Dans ce chapitre sera regroupée l’étude de quelques mouvements dans les champs de forces

déjà connus des élèves.

Cette étude ne devra pas donner lieu à un exposé dogmatique mais sera plutôt traitée sous

formes d'exercices. Ces exercices devront porter, entre autres, sur les thèmes suivants :

* mouvements rectilignes : plan incliné, mouvements dans des champs (g, E) dans le

cas où la vitesse initiale est nulle ou possède le même support que le vecteur

champ.

* mouvements paraboliques dans g, dans E ( traiter la déflexion électrique et

expliquer l’application qui en est faite avec l'oscillographe cathodique)

* mouvements circulaires uniformes : fronde, pendule conique, virage

* mouvements curvilignes : solide glissant sur une calotte sphérique, pendule en

rotation dans un plan vertical.

A travers ces différents exemples les élèves s'entraîneront à acquérir une démarche de

résolution de problèmes :

* délimiter un système

* choisir un référentiel en précisant l'origine des espaces et du temps

* faire l'inventaire des forces agissant sur le système

* appliquer les différents théorèmes

* interpréter les relations obtenues.

Ne pas insister sur l’étude des changements de repère. Tout au plus, si on juge utile de faire

cette étude pour certains mouvements (pendule dans un véhicule), le changement de repère

sera limité au cas d’un solide ponctuel (afin que les difficultés liées aux questions de

distribution des forces n’interviennent pas) et au cas de l’équilibre relatif (pour ne pas avoir à

faire intervenir une éventuelle accélération de Coriolis ; la composition des accélérations

n’est pas étudiée en cinématique).

On rappellera que les relations de la dynamique sont valables par rapport à un référentiel

galiléen. Si on désire conserver la condition d’équilibre Fr

∑ = Or

dans un autre repère on

est amené à changer de membre le terme « ma » et à interpréter « – m ar

» comme

représentant une force supplémentaire dite force d’inertie. Contrairement aux autres forces

cette force d’inertie ne représente pas une action mécanique exercée par un corps matériel

sur un autre/

NB : Les propriétés des mouvements vues en cinématique seront d'un secours dans la

résolution des problèmes de dynamique. Le professeur montrera chaque fois que cela est

possible l'intérêt des méthodes de résolution des problèmes faisant appel aux théorèmes

relatifs à l'énergie.

Pour chaque mouvement étudié on citera quelques applications pratiques.

Le mouvement de roulement avec glissement est hors programme.

144

CHAPITRE P4 : Gravitation universelle. Durée :6 h C L A S S E : T ° S

Objectifs d’apprentissage Contenus Activités d'appr entissage *Enoncer la loi de gravitation universelle et donner sa formulation vectorielle. *Déterminer les caractéristiques du vecteur champ de gravitation. * Distinguer vecteur champ de gravitation terrestre et vecteur champ de pesanteur. * Calculer la vitesse et la période du mouvement d'un satellite dans un référentiel géocentrique * Déterminer les caractéristiques de l’orbite d'un satellite géostationnaire. * Exprimer l’énergie mécanique d’un satellite. *Calculer la vitesse minimale de libération *Utiliser la troisième loi de Kepler * Calculer la masse d'une planète à partir de la troisième loi de Kepler * Prendre conscience de l'importance des satellites géostationnaires.

* Gravitation universelle . - Loi de la gravitation

universelle. - Champ de gravitation. - Champ de gravitation terrestre. - différence entre champ de gravitation et champ de pesanteur. - Energie potentielle de

gravitation. * Applications : mouvement d’un satellite à trajectoire circulaire - Vitesse de satellisation. - Période d'un satellite. - Satellite géostationnaire. - Troisième loi de Kepler :

T2/r3 = constante * Vitesse minimale de libération .

* Formulation de la loi de la gravitation universelle. * Représentation de la courbe

T2 = f(r3).

* Exploitation de la courbe T2 = f(r3). * Exploitation de documents, commentaire de textes scientifiques

Commentaires


1 Le premier satellite artificiel Spoutnik I fut lancé par l'URSS en 1957. Depuis cette époque, plus de 5 000 satellites artificiels ont été mis en orbite. Rechercher les utilisations des satellites artificiels 2 Les images rapportées de l’espace montrent les astronautes et leur matériel qui flottent dans la cabine du satellite. Quel nom donne-t-on à ce phénomène ? Comment l’expliquer ?

Enoncer la loi de la gravitation universelle et insister sur son importance dans l'équilibre de

l'univers. Donner l'expression vectorielle de la force de gravitation puis en déduire le vecteur

champ de gravitation créé par un objet ponctuel puis celui créé par un corps à symétrie

sphérique de masse.

On notera l’analogie formelle entre la loi de Newton et la loi de Coulomb vue en classe de

première.

On donnera les ordres de grandeur et on montrera que l’interaction gravitationnelle peut être

négligée devant les interactions électrostatiques entre particules élémentaires (prendre

l’exemple des interactions entre électron et proton dans l’atome d’hydrogène). Au contraire, à

l’échelle macroscopique et avec des objets neutres on n’observe plus que des interactions

145

gravitationnelles. On insistera surtout sur l’importance des forces gravitationnelles à l’échelle

planétaire et sur le rôle qu’elles jouent.

L’étude qualitative du champ terrestre donnera l’occasion de faire la différence entre champ de

gravitation terrestre et champ de pesanteur terrestre. Faire établir les deux expressions de

l’intensité du champ de pesanteur terrestre : g = G.MT/r2. et g = g0RT2/r2

L'application du théorème du centre d'inertie au mouvement d’un satellite en rotation autour de

la terre sur une orbite supposée circulaire dans le référentiel géocentrique galiléen permettra de

déterminer la nature de son mouvement, sa vitesse, sa période de rotation T. En exercice on fera

établir l’expression de la période d’un satellite dans d’autres repères tel que le repère terrestre.

Définir un satellite géostationnaire et faire calculer le rayon de son orbite de gravitation ainsi

que son altitude.

On établira la troisième loi de Kepler : T2/ r3 = cte. Cette loi permettra, entre autres, de calculer

la masse d'une planète connaissant par exemple les rayons et les périodes de rotation

respectifs des satellites de cette planète.

L'expression du travail élémentaire de la force de gravitation permettra de déterminer

l'expression de l'énergie potentielle de gravitation (et par suite celle de l'énergie mécanique) à

une altitude donnée.

L'application du théorème de l'énergie mécanique permettra de calculer la vitesse minimale de

libération d'un satellite à partir du « sol » d’une planète comme la terre.

On citera quelques applications de la gravitation universelle : satellite de communication,

navette spatiale, sondes.

146

Deuxième partie : Electromagnétisme

CHAPITRE P5 : Généralités sur les champs magnétique s -

Champ magnétique des courants.

Durée :6 h C L A S S E : T S

Objectifs d’apprentissage Contenus Activités d'appr entissage * Mettre en évidence quelques interactions magnétiques * Déterminer les caractéristiques

du vecteur champ magnétique crée par quelques éléments de circuit électrique (fil rectiligne, spire circulaire, bobine plate, solénoïde).

* Utiliser la règle de composition des champs magnétiques. * Protéger certains appareils

électroniques des sources de champs magnétiques intenses.

* Interactions magnétiques . - mise en évidence * Aimants . - Aimants permanents, aimants temporaires. - Pôle nord, pôle sud. * Champ magnétique . - Vecteur champ magnétique. - Ligne de champ magnétique. - Spectres magnétiques. - Champ magnétique uniforme. * Champ magnétique des courants - courant rectiligne, - Spire, - Bobine, - Solénoïde, - Règles d'orientation * Champ magnétique terrestre .

* Mise en évidence des interactions magnétiques : aimant/aimant, aimant/courant, courant/courant. * Utilisation d’une règle d'orientation bien maîtrisée * Réalisation et exploitation de spectres magnétiques. * Utilisation d’une boussole.

Commentaires


1 Définir un aimant 2. Où trouve-t-on des aimants ? 3 Chercher un barreau aimanté et de la limaille de fer. Placer une plaque de verre (ou une feuille de papier) sur le barreau aimanté posé sur support horizontal et à l’absence de courant. Saupoudrer la plaque de limaille de fer, tapoter légèrement une seule fois. Quelle observation peut-on faire ? quelle en est l’interprétation ?

Dans la mesure du possible cette partie sera illustrée par de nombreuses expériences : mettre

en évidence les interactions : aimant/aimant, aimant/ courant, aimant/particules chargées en

mouvement, courant/courant.

On définira un aimant et on donnera des exemples d'aimants permanents et d'aimants

temporaires. On déterminera expérimentalement les pôles d'un aimant : pôle Nord et pôle

Sud. A partir de ces expériences définir le champ magnétique.

On réalisera des spectres de champ dus à des aimants (et plus loin à des courants). On

montrera en particulier un spectre de champ uniforme (champ entre les branches d’un aimant

en U).

L’action d’un aimant sur une aiguille de fer doux initialement non aimantée, permet de

comprendre le mécanisme d’obtention des spectres, chaque grain de limaille se comportant

schématiquement comme une telle aiguille.

147

Expliquer qu’un spectre magnétique permet de connaître la topographie d’un champ

magnétique et de découvrir localement une direction privilégiée. La position d’une aiguille

exploratrice permet de trouver le sens des lignes de champ. Ces observations suggèrent alors

de caractériser le champ magnétique en un point par un vecteur appelé vecteur champ

magnétique et noté B..

On mesurera l'intensité d'un champ magnétique avec un teslamètre.

Autant que possible l’étude des champs magnétiques crées par les courants sera

expérimentale. Cette étude portera sur les exemples suivants : courant rectiligne, spire

circulaire, bobine plate et solénoïde.

Dans chaque exemple étudié réaliser le spectre magnétique et préciser les caractéristiques du

vecteur champ B .On insistera sur le lien entre le sens du courant et le sens du vecteur champ

B et les règles d’orientation seront précisées. Toutefois pour éviter les confusions il est

préférable que chaque élève utilise une règle bien sue au lieu d’utiliser plusieurs règles

souvent non maîtrisées.

Pour la spire et la bobine plate on donnera sans démonstration les caractéristiques du vecteur

champ au centre.

Dans le cas du solénoïde aussi aucune démonstration n’est à faire ; une étude expérimentale

permettra de vérifier l’expression de la valeur du vecteur champ à l’intérieur du solénoïde.

La loi de Biot et Savart est hors programme.

Insister sur les conventions utilisées pour l’orientation dans l’espace (courant/champ rentrant

et sortant).

On fera la loi de composition des champs.

La fin du chapitre sera consacrée à l'étude du champ magnétique terrestre dont on donnera

les intensités des composantes horizontale BH = 2.10 - 5 T et verticale BV = BsinÎ avec B

intensité du champ magnétique terrestre et Î angle d'inclinaison ou angle que fait B avec

l'horizontale.

On signalera l'origine du champ magnétique terrestre.

148

CHAPITRE P6 : Mouvement d'une particule chargée dan s

un champ magnétique uniforme

Durée : 6 h C L A S S E : T ° S

Objectifs d’apprentissage Contenus Activités d'appr entissage * Déterminer les caractéristiques de la force de Lorentz. * Enoncer et utiliser les règles de représentation de la force de Lorentz. * Déterminer la nature du mouvement d’une particule

chargée dans B. * Déterminer les caractéristiques du mouvement d’une particule

chargée dans B (Calcul du rayon de la trajectoire détermination de la période de rotation). * Déterminer la déflexion magnétique.

* Force de Lorentz . - Caractéristiques de la force de Lorentz. - Règles d’orientation.

* Mouvement dans le champ B - nature du mouvement - Déflexion magnétique. * Applications . - Spectrographe de masse. - Cyclotron. - Filtre de vitesse

* Utilisation pratique des propriétés du produit vectoriel. * Expérience avec les bobines d'Helmholtz ou schéma de principe. * Etude de la nature du mouvement

d’une particule chargée dans B. * Exploitation de documents ( détermination du signe et de la valeur de la charge d'une particule……).

Commentaires


On appelle accélérateur de particules toute machine servant à accroître la vitesse de particules chargées électriquement (protons, électrons, deutons, particulesα). Ces particules sont ensuite employées comme projectiles et déviées de manière à produire des réactions au sein de la matière placée comme cible. Leur énergie cinétique est telle que les atomes placés comme cibles sont pulvérisés et donnent lieu le plus souvent naissance à la formation de nouvelles particules qui sont étudiées dans des appareils adaptés tels que les chambres à bulles ou chambres à scintillations. 1 Quels intérêts présentent les accélérateurs ? 2 Rechercher les deux types principaux d’accélérateurs qui sont utilisés par le physicien et leurs caractéristiques principales.

Avant d’aborder le chapitre, il est fortement recommandé de faire des rappels et compléments

de mathématique sur le produit vectoriel et ses propriétés.

Vérifier, si on dispose des moyens, que lorsqu’une particule chargée se déplace dans un

champ magnétique uniforme non parallèle aux lignes de champ, elle est soumise à une force

appelée force de Lorentz. Admettre l’expression vectorielle de la force et préciser ses

caractéristiques. Les élèves seront amenés à utiliser une règle bien maîtrisée pour déterminer

le sens de la force.

Expérimentalement avec le dispositif des bobines d'Helmholtz, en se limitant au cas où la

vitesse est perpendiculaire au vecteur champ magnétique, visualiser la trajectoire circulaire du

faisceau d'électrons. Vérifier avec ce dispositif l’influence de l'intensité du courant qui traverse

149

les bobines et de la tension d'accélération des électrons sur le rayon de la trajectoire décrite

dans le champ magnétique.

En appliquant la relation fondamentale de la dynamique à la particule chargée en mouvement

dans le champ magnétique B dans un référentiel galiléen, on déterminera les caractéristiques

du mouvement : plan, uniforme et circulaire.. On en déduira l’expression du rayon de la

trajectoire et de la période (dans le cas où la trajectoire est fermée) du mouvement

En exercice d’application on fera établir l’expression de la déflexion magnétique.

On terminera ce chapitre en donnant quelques applications : spectrographe de masse, cyclotron,

filtre de vitesse et télévision.

CHAPITRE P7 : Loi de Laplace. Durée :5 h C L A S S E : T ° S

Objectifs d’apprentissage Contenus Activités d'appr entissage * Déterminer les caractéristiques de la force de Laplace * Représenter la force de Laplace. * Expliquer Interpréter le fonctionnement des moteurs électriques. - Calculer le moment du couple des forces magnétiques.

* Action d'un champ magnétique uniforme sur un courant rectiligne .

- mise en évidence, - loi de Laplace • Action mutuelle de deux

éléments de courants rectilignes :

- mise en évidence, interprétation - définition de l'ampère. * Applications . - Moteur électrique. - Haut parleur, - Balance de Cotton, - Appareils magnétoélectriques.

* Mise en évidence de la force magnétique. * Expériences d’illustration et d’application :, rails, balance de Cotton, sonde de Hall, roue de Barlow et autres moteurs électriques.

Commentaires


Un haut-parleur est un appareil transformant une énergie électrique fournie par une tension alternative de fréquence du domaine audible en énergie mécanique (acoustique). Le haut-parleur est un transducteur électro-acoustique. Les premiers haut-parleurs étaient la simple transposition des écouteurs téléphoniques : membrane circulaire de fer doux, soumise au champ magnétique d‘un électro-aimant polarisé et suivie d’un pavillon évasé pour une bonne adaptation acoustique. C’est avec l’apparition, vers 1930, du haut-parleur électrodynamique qu’on peut fixer approximativement le début de l’ère moderne dans le domaine du son. 1 Quels sont les constituants du haut-parleur électrodynamique ? 2 Sur quel principe fonctionne l’appareil ? 3 Relever les indications marquées sur quelques haut-parleurs ? Quelles indications trouve – t – on généralement ? Que signifient – elles ?

Ce chapitre revêt un caractère purement expérimental. Réaliser des expériences variées :

dispositif de Laplace (conducteur vertical parcouru par un courant et se déplaçant dans un

champ magnétique), rails de Laplace, roue de Barlow, balance de Cotton.

150

Dans le cas d'un champ magnétique uniforme, on établira l'expression vectorielle de la force de

Laplace et on en déterminera les caractéristiques. La détermination du sens de la force pourrait

se faire en utilisant la règle de la main droite, celle du bonhomme d'Ampère ou toute règle

équivalente ; pour plus d’efficacité, on s’en tiendra à une ou deux règles tout au plus que les

élèves pourront maîtriser.

L’étude de l’action mutuelle entre deux courants rectilignes se fera de manière expérimentale,

on en déduira la définition légale de l'ampère.

Dans l’étude de l’action d’un champ magnétique sur un cadre on ne fera pas intervenir la notion

de moment magnétique ; on ramènera simplement le calcul à l’action du champ sur des

courants rectilignes. Par ailleurs le vecteur moment d’un couple magnétiq ue est également

hors programme (il en est ainsi dans tout le cycle secondaire ; on raisonne avec le

moment algébrique)

On citera quelques applications : roue de Barlow (prototype élémentaire du moteur électrique),

sonde de Hall, haut-parleur, balance de Cotton.

151

CHAPITRE P8 : Induction magnétique- Etude d‘un

dipôle (R, L).

Durée : 6h C L A S S E : T °S


Mettre en évidence le

phénomène d’induction / d’auto

induction

Interpréter qualitativement le

phénomène d’induction/d’auto

induction

Rappeler l’expression du flux

propre en fonction de

l’inductance.

Rappeler l’expression de la

tension aux bornes d’un dipôle

(R,L)

Rappeler l’expression de la

constante de temps du dipôle

(R,L) et sa signification

physique.

Etablir la loi de variation du

courant établi dans une bobine

par un échelon de tension

Etablir la loi de variation de la

rupture du courant dans une

bobine fermée sur un circuit

résistant.

A :Etude qualitative du

phénomène d’induction /

auto induction.

• Expérience fondamentale

• Flux magnétique et flux

magnétique propre

• Inductance d’une bobine

• F.e.m instantanée

d'induction.

B : Etude d’une bobine (R,L) :

-- Tension aux bornes d’une

bobine

-- Etablissement d’un courant

dans un dipôle (R,L) : notion de

constante de temps,

expression.

--Energie emmagasinée dans

une bobine

-- Annulation (rupture) du courant traversant une bobine, - Applications :

* Réalisation d’expériences sur les

interactions aimant-bobine et bobine-

bobine.

.

Réalisation d’expériences montrant que

la bobine s’oppose à l’établissement du

courant dans un circuit

Réalisation d’expériences montrant

l’influence de l’inductance L et celle de

la résistance R d’une bobine sur la

durée du régime transitoire de

l’établissement (ou de la rupture) du

courant dans une bobine

Réalisation d’expérience montrant que

la rupture du courant dans une bobine

provoque une surtension

Commentaires

La première partie du chapitre traite du phénomène d’induction. L’étude du phénomène

d’induction sera simplifiée. On se contentera de mettre le phénomène en évidence par

l’expérience consistant à approcher ou éloigner un aimant droit d’une bobine reliée à un

appareil de mesure assez sensible tel qu’un microampèremètre (circuit fermé ne comportant

pas de générateur), On s’en tiendra à cet exemple.


Surtension aux bornes d’une bobine, étincelles de rupture : quelle explication ? quelles utilisations pratiques ?

152

On interprétera le phénomène d’induction en admettant que la cause du courant induit est une

variation du flux magnétique à travers la bobine. Définir le flux magnétique. Représenter le

vecteur surface en précisant la règle d'orientation du circuit. Enoncer la loi de Lenz et donner la

signification du signe --

Avec le même exemple on admettra la relation entre la force électromotrice induite et la tension

aux bornes de la bobine : u = ri – e.

La suite du cours porte sur l’étude du dipôle (R,L).

On décrira simplement la bobine et on commencera par préciser ses caractéristiques : sa

résistance R, son inductance L On donnera l’expression de la tension aux bornes de la bobine

lorsqu’elle est traversée par un courant d’intensité i. On adoptera pour cela la convention

récepteur étudiée en classe de seconde.

L’établissement du courant dans une bobine (R,L) sera l’objet d’une étude expérimentale. On

établira théoriquement la loi de variation de l’intensité du courant en insistant sur l’influence des

facteurs R et L sur la durée du phénomène permettant de définir la constante de temps et de lui

donner tout son sens.

On traitera la rupture du courant traversant la bobine suivant le même plan. Dans les

applications on parlera du phénomène de surtension aux bornes d’une bobine à la fermeture et

à la rupture du courant et les applications correspondantes.

Pour les applications il s’agira de les citer et d’en donner une explication brève sans entrer dans

les détails des calculs.

CHAPITRE P9 : Etude du dipôle (R,C). Durée : 4 h C L A S S E : T

°S

Objectifs d’apprentissage Contenus Activités d'appr entissage * Etablir l’équation différentielle régissant la charge ou la décharge d’un condensateur. * Etablir les lois de variations de la tension aux bornes du condensateur, de l’intensité du courant lors de la charge ou de la décharge. * Rappeler l’expression de la constante de temps, donner sa signification physique - Déterminer la constante de temps * Déterminer une capacité

* Charge et décharge d’un condensateur - charge électrique, - relation entre la charge électrique et l’intensité du courant. - Régime transitoire et régime permanent. - Constante de temps. * Théorie -Interprétation qualitative - Equation différentielle. - Evolution des grandeurs électriques * Energie emmagasinée . * Applications : flash d’un appareil photographique,…

* Expériences sur charge et décharge d'un condensateur ; visualisation à l’oscilloscope.

* Interprétation des courbes de charge et de décharge d'un condensateur.

* Exploitation d’oscillogrammes ou de documents.

153

Commentaires


Visites chez le réparateur du coin : 1. Découvrir différents (formes et natures) condensateurs. 2 Citer quelques utilisations des condensateurs.

Dans le nouveau programme ce chapitre complète l’étude des condensateurs faite en première.

Pour commencer, on réalisera l’expérience de charge à intensité constante d’un condensateur

en série avec un conducteur ohmique de résistance R permettant de montrer la

proportionnalité entre la tension aux bornes du condensateur et sa charge et de définir la

capacité C du condensateur .

Par la suite on réalisera l’expérience de charge du condensateur sous l’effet d’une tension

constante.

On visualisera les régimes transitoire et permanent à l’aide d’un oscilloscope (réglage

convenable) et on procédera à l’étude théorique. Dans cette étude théorique on établira

l’équation différentielle du circuit et on en déduira la loi de variation de la tension aux bornes du

condensateur. En déduire la loi de variation de la charge du condensateur et celle de l’intensité

du courant dans le circuit. On donnera l’expression de l’énergie emmagasinée par le

condensateur lors de la charge.

Dans la suite, la décharge d’un condensateur chargé à travers un résistor de résistance R sera

étudiée expérimentalement et on procédera à l’étude théorique. L’équation différentielle de la

décharge sera établie. On en déduira les lois de variation de la tension aux bornes du

condensateur et celle de l’intensité du courant de décharge.

Introduire la constante de temps et mettre en évidence expérimentalement le lien entre la

constante de temps et la durée de la charge ou celle de la décharge d’un condensateur. Donner

son expression, expliquer les différents procédés utilisés pour sa détermination.

154

CHAPITRE P10: Oscillations électriques libres et os cillations

électriques forcées

Durée : 8h C L A S S E : T °S

Objectifs d’apprentissage Contenus Activités d'appr entissage * Etablir l'équation différentielle des oscillations électriques libres. • Montrer la conservation de

l'énergie électrique totale dans le cas des oscillations libres non amorties.

• Déterminer la période propre ou la pulsation propre.

• Exploiter des oscillogrammes. • Distinguer les différents

régimes d’oscillations électriques libres (non amorties, amorties, régime pseudo périodique, régime apériodique)

* Utiliser la loi d'Ohm en courant alternatif. Distinguer le comportement d'une self et d'un condensateur dans un circuit électrique. * Etablir l’équation différentielle régissant le fonctionnement d’un circuit en régime forcé. * Utiliser la construction de Fresnel * Interpréter le phénomène de résonance. * Déterminer la bande passante. * Calculer une puissance moyenne. * Calculer un facteur de puissance. * Expliquer l’importance du facteur de puissance.

* Oscillations électriques libres . - Mise en évidence - Equation différentielle. - Solution de l'équation différentielle. - Période , pulsation, fréquence propres. - Conservation de l'énergie totale. * Oscillations électriques forcées d’un dipôle R,L,C série . *Grandeurs efficaces * Impédance * Déphasage *Phénomène de résonance d’intensité - Courbe de résonance. - Bande passante. - Facteur de qualité. - Surtension à la résonance. - Energie électrique totale à la résonance. * Puissance en courant alternatif . - Puissance moyenne. - Puissance apparente. - Facteur de puissance. * Applications : Filtre radio, transport d’énergie…

* Visualisation à l'oscilloscope d’oscillations électriques libres non amorties et amorties * Mesure d’une période, d’une

pseudo-période. * Visualisation à l'oscilloscope la courbe i = f(t) d'un courant alternatif. * Détermination du déphasage

entre l'intensité instantanée et la tension instantanée.

* Etude du comportement d'un résistor, d'une self, d'un condensateur en régime sinusoïdal. * Réalisation d’expériences avec l'oscilloscope (détermination du déphasage, recherche de la résonance et mesure des paramètres caractéristiques...)..

Commentaires


Tout poste récepteur qui reçoit un message se sert d’un oscillateur électrique. L’antenne d’un récepteur radio reçoit des signaux de fréquences différentes. Chacun de ces signaux provoque un courant dans le primaire de la bobine d’antenne. Chacun de ces courants dans le primaire induit une tension dans le secondaire. Un condensateur variable est monté en parallèle avec le secondaire de la bobine d’antenne. L’auditeur règle son poste en ajustant le condensateur d’accord. Il fait ainsi « résonner» la bobine d’antenne et le condensateur sur la fréquence de la station qu’il veut écouter .Tous les signaux dont les fréquences sont très proches de la fréquence de résonance arriveront au haut-parleur. Celui auquel le récepteur a été accordé sera tout de même plus fort. 1 Quels sont les deux composants essentiels d’un oscillateur électrique ? 2 Que signifie : il fait « résonner» la bobine d’antenne et le condensateur sur la fréquence de la station qu’il veut écouter ? 3 Citer d’autres dispositifs où sont utilisés des oscillateurs électriques

155

Comme suite logique des deux chapitres précédents il s’agit dans ce nouveau chapitre d’étudier

les phénomènes électriques dans le circuit obtenu en associant une bobine avec un

condensateur chargé au préalable.

Le chapitre pourrait être traité en deux temps :

- les oscillations électriques libres,

- les oscillations électriques forcées.

Dans un premier temps l’étude débutera par la visualisation à l'oscilloscope de la décharge d'un

condensateur dans une bobine. Interpréter l'allure de la courbe.

A partir de l'additivité des tensions, établir l'équation différentielle de cette décharge :

L d2q/dt2 + q/C = 0.

Etablir la solution de l'équation différentielle en tenant compte des conditions initiales. On

déterminera la période propre T0 et la pulsation propre ω0.

Souligner l’importance de la notion de période propre, pulsation propre ou fréquence propre .

Montrer que l'énergie totale se conserve. Faire retrouver l'équation différentielle par la méthode

énergétique.

Dans une seconde étape l'étude des oscillations libres amorties pourrait se faire également par

visualisation à l'oscilloscope de la courbe de décharge libre amortie d'un condensateur dans

une bobine résistive : on montrera que l'allure de la courbe dépend de la valeur de la résistance

(si celle-ci augmente progressivement on passe du régime pseudo périodique amorti aux

régimes apériodiques). A défaut de l'étude expérimentale on peut exploiter des documents. On

notera qu'un résistor dissipe de l'énergie par effet joule.

En exercices faire établir l'équation différentielle des oscillations libres amorties :

L d2q/dt2 + R dq/ dt + q/C = 0.

On vérifiera par le calcul que la diminution de l'énergie électrique est égale à la chaleur dissipée

par effet joule dans le résistor. Indiquer sans calcul, l’expression de la résistance critique.

Rc =2 ( L/C)1/2 . La résolution de l’équation n’est pas au programme.

La partie oscillation forcée pourrait commencer par les généralités sur le courant alternatif

sinusoïdal : production, visualisation à l'oscilloscope de i = f(t). On définira l'intensité efficace et

la tension efficace. On distinguera les valeurs instantanées, des valeurs efficaces et des valeurs

maximales. On donnera leur écriture normalisée. On rappellera la méthode de détermination de

la période T et de la tension maximale Um.

Expérimentalement vérifier que si à travers un dipôle il passe un courant alternatif sinusoïdal de

période T il existe alors entre ses bornes une tension sinusoïdale de même période.

On montrera à l'aide de l'oscilloscope que i = f(t) et u = g(t) sont deux fonctions sinusoïdales de

même période T mais présentent généralement un déphasage l'une par rapport à l'autre.

156

Les élèves apprendront à déterminer des déphasages à partir de courbes visualisées à

l'oscilloscope.

On déterminera à l'aide de la représentation de Fresnel les déphasages de i par rapport à u et

les impédances pour les dipôles suivants : résistor, bobine de résistance négligeable (self pure),

capacité, bobine résistive (R, L), circuit (R, C), circuit (R, L, C) en série.

Donner l’expression de la puissance moyenne et souligner l’importance du facteur de

puissance.

Les impédances complexes ne sont pas au programme de même que le circuit (R, L, C) en

parallèle.

Pour le circuit (R, L, C) série on étudiera le phénomène de résonance. Pour ce faire on

considérera la réponse en intensité de ce circuit alimenté par une tension sinusoïdale de valeur

efficace constante et de fréquence variable. En faisant varier la fréquence du courant alternatif

on tracera la courbe de réponse. On montrera que l’intensité efficace du courant présente un

maximum pour une valeur de la fréquence f égale à celle de la fréquence propre

fo = 1

2π1

LC On mettra ainsi en évidence le phénomène de résonance en intensité. On

déterminera graphiquement puis théoriquement les fréquences limites de la bande passante :

I (f1) = I (f2) = I(fo)

2 . Comme application, on parlera du filtre radio.

On calculera la largeur de la bande passante. On définira le facteur de qualité Q qui traduit

l'acuité de la résonance, on donnera son expression et on insistera sur son importance quant à

la surtension aux bornes de la self et de la capacité, on montrera l'influence de R sur l'allure de

la courbe de résonance.

Le chapitre s’ouvre ainsi à beaucoup d’applications dans la vie courante : fonctionnement

d’installations domestiques et industrielles, d’appareils électroménagers.

Des mesures de sécurité seront au fur et à mesure dégagées lors de cette étude.

157

CHAPITRE P11 : Oscillations mécaniques libres Dur ée :4 h C L A S S E : T °S

Objectifs d’apprentissage Contenus Activités d'appr entissage * Etablir l'équation différentielle des oscillations mécaniques libres non amorties et des oscillations mécaniques amorties. * Interpréter le phénomène d’oscillation à partir d’exemples simples * Donner la forme de la solution de l’équation différentielle des oscillations mécaniques libres non amorties d’un pendule élastique. * Donner l’expression de la période propre. * Montrer la conservation de l'énergie mécanique pour les oscillations libres non amorties. * Montrer la non conservation de

l'énergie mécanique pour les oscillations mécaniques amorties.

*Faire ressortir les analogies entre grandeurs électriques et grandeurs mécaniques.

* Oscillations mécaniques libres non amorties . - Exemple du pendule élastique. - Equation différentielle. - Solution de l'équation différentielle. - Période propre. - Conservation de l'énergie totale. - oscillateur harmonique linéaire * Oscillations mécaniques amorties - Equation différentielle des oscillations mécaniques amorties. - Non conservation de l'énergie mécanique pour les oscillations amorties - Mouvement pseudo-périodique. - Pseudo-période. * Analogie grandeurs électriques et grandeurs mécaniques. * Applications : mouvement d’un flotteur, galvanomètre balistique, amortisseur de véhicule.

* Donner des exemples d'oscillateurs mécaniques. * Réaliser des expériences sur les oscillations mécaniques libres non amorties et les oscillations mécaniques amorties. * Déterminer des périodes et des pseudo-périodes.

Commentaires


Attacher un objet ponctuel de masse m = 30 g à l’extrémité inférieure d’un fil inextensible de longueur L = 1m. Attacher l’extrémité supérieure du fil à un support horizontal fixe. Ecarter légèrement l’objet et le lâcher sans vitesse initiale. 1 Quelle grandeur permet d’étudier l’évolution du pendule qui oscille librement dans le cas où les frottements sont très faibles ? 2 Quelle est l’action extérieure responsable de cette évolution ? 3 Mesurer la durée d’une oscillation. 4 Proposer une série d’expériences permettant d’étudier l’influence sur la durée d’une oscillation du pendule : - de la longueur du fil, - de la masse de l’objet suspendu.

On pourrait aborder ce chapitre par l'étude du pendule élastique (objet de masse petite

accrochée à un ressort élastique) pour dégager la notion d'oscillations mécaniques libres non

amorties. On traitera d'abord le cas du pendule élastique horizontal. Les autres cas (pendule

élastique vertical, pendule élastique incliné) seront examinés en exercices. On appliquera le

théorème du centre d'inertie au pendule élastique dans un référentiel galiléen. On en déduira

l'équation différentielle des faibles oscillations : m d2x/dt2 + kx = 0. On déterminera les

constantes de la solution de l’équation différentielle à partir des conditions initiales On précisera

l'expression de la période propre To = 2πm

k.

158

Le professeur remarquera que l’étude de l’oscillateur harmonique est importante parce qu’il

constitue un modèle simple utilisable dans de nombreux cas et que la formalisation

mathématique est la même que celle de l’oscillateur électrique

Faire vérifier que l'énergie mécanique se conserve.

Par la méthode énergétique on fera retrouver l'équation différentielle du mouvement.

En exercice (ou éventuellement en TP) on étudiera les cas suivants : pendule simple, pendule

pesant, pendule de torsion.

Le cas de l’oscillateur amorti ne sera étudié en cours que de manière qualitative. En exercice on

fera établir l'équation différentielle dans le cas où interviennent des forces de frottement fluides

(f = -b V) , soit md2x/dt2 + b dx/dt + kx = 0.

On montrera que l’énergie dissipée l’est sous forme de travail effectué par les forces de

frottements.

La résolution de l’équation différentielle n’est pa s au programme.

Pour toutes les séries S on fera l'analogie des gra ndeurs électriques et des grandeurs

mécaniques.

On soulignera l’existence d’oscillations mécaniques forcées par analogie avec les oscillations électriques forcées. CHAPITRE P12 : Interférences lumineuses Durée :6 h C L A S S E : T °S

Objectifs d’apprentissage Contenus Activités d'appr entissage Représenter le dispositif de Young. Interpréter le phénomène d’interférences lumineuses. Etablir les expressions de la différence de marche et celle de l’interfrange Préciser les positions des franges. Déterminer l’interfrange. Préciser les conditions d’interférences Donner l’échelle des longueurs d’onde du spectre de la lumière. Citer quelques applications du phénomène d’interférences lumineuses.

* Expérience de Young. - champ interférentiel - franges d’interférences (lumière monochromatique) * Interprétation théorique - nature ondulatoire de la lumière - interférence constructive - interférence destructive - différence de marche - ordre d’interférence - interfrange - intensité lumineuse * Conditions d’interférences -* Le spectre de la lumière - spectre visible, spectre U.V, spectre I.R, - onde électromagnétique * Applications - mesures de longueurs d’ondes, de faibles épaisseurs. - hologrammes.

* Mise en évidence des interférences lumineuses Interprétation du phénomène d’interférences lumineuses Représentation de l’échelle des longueurs d’onde du spectre de la lumière

159

Commentaires


1 Citer quelques phénomènes observés avec la lumière et qui illustrent sa nature ondulatoire. 2 Sur un axe schématiser le spectre visible en précisant les longueurs d’onde limites. Situer sur cet axe le domaine de l’infrarouge et celui de l’ultraviolet.

L’objectif principal de ce chapitre est de faire découvrir la nature ondulatoire de la lumière à

partir de la mise en évidence du phénomène d’interférence. Le chapitre sera simple et traité de

manière expérimentale : l’expérience des fentes de Young suffit.

Commencer le chapitre par un rappel sur les ondes mécaniques et les notions connexes

étudiées en classe de première : longueur d’onde, période, fréquence.

On signalera brièvement, dans le cas de l’expérience des fentes de Young, que c’est la

diffraction de la lumière qui est à l’origine du phénomène d’interférences.

Dans l’interprétation on fera appel aux acquis du programme de première: par analogie avec les

franges déjà observées sur la surface libre d’un liquide (expérience d’interférences mécaniques

réalisée en classe de 1ère) on admettra que, dans l’expérience de Young, les franges

lumineuses résultent d’une superposition d’ondes lumineuses issues des fentes. C’est admettre

que la lumière a une nature ondulatoire. L’expression de la différence de marche sera établie, la

notion d’ordre d’interférence précisée. On donnera les positions des franges brillantes et celles

des franges obscures sur l’écran ; d’où l’on déduira l’expression de l’interfrange.

Les élèves seront amenés à dresser l’échelle des longueurs d’onde du spectre de la lumière.

Le déplacement des franges (déplacement de la sourc e, interposition d’une lame à faces

parallèles ou tout autre dispositif produisant le m ême effet ) est hors programme

Les interférences en lumière blanche seront traitées.

On donnera quelques applications du phénomène d’interférences lumineuses (mesure de

longueur d’onde, de très petites épaisseurs, réalisation d’hologrammes)

160

Quatrième partie : Phénomènes corpusculaires CHAPITRE P13 : Effet photoélectrique Durée :4 h C L A S S E : T °S

Objectifs d’apprentissage Contenus Activités d'appr entissage * Interpréter l'effet photoélectrique par la théorie d’Einstein * Utiliser l'expression de l'énergie cinétique maximale de l’électron émis Ecm = h ( ν - ν o ) *Citer quelques applications de l’effet photoélectrique : détecteur de niveau, dispositif de sécurité des banques, ….

* Effet photoélectrique . - Fréquence seuil. - longueur d'onde seuil. * Théorie d’Eisntein . - Photon. - Quantum d'énergie. - Constante de Planck. - Travail d'extraction. - Electron-volt. * Applications.

* Mise en évidence de l'effet photoélectrique.

Commentaires


Recherche documentaire sur la nature de la lumière : aspects ondulatoire et corpusculaire. Pourquoi parle-t-on de la « dualité onde-corpuscule » à propos de la lumière ?

On fera une étude qualitative comprenant :

- la mise en évidence de l’effet photoélectrique et de l’existence du seuil photoélectrique,

- l’interprétation du phénomène par la théorie d’Einstein.

On retiendra les expressions du quantum d'énergie E W= h ν , du travail d'extraction Wo = h ν o

et de l'énergie cinétique des électrons émis par effet photoélectrique Ec = h ( ν - ν o ).

On traitera également la dualité onde – corpuscule. C’est l’occasion d’introduire quelques

éléments d’histoire des sciences.

L'effet Compton est hors programme.

La cellule photoélectrique et les notions connexes (potentiel d’arrêt, courant de

saturation, rendement quantique) ne seront pas étud iées ainsi que les autres lois de

l’effet photoélectrique.

On citera quelques applications pratiques de l'effet photoélectrique. On mentionnera également

les cellules photovoltaïques en guise d'introduction à l'énergie solaire et à ses transformations.

161

CHAPITRE P14 : Niveaux d'énergie de l'atome Durée :4 h C L A S S E : T °S

Objectifs d’apprentissage Contenus Activités d'appr entissage * Donner l'expression du niveau d'énergie d'ordre n de l'atome d'hydrogène. • Utiliser l’expression du niveau

d’énergie d’ordre n de l’atome d’hydrogène :

En = - 13, 6

2n (eV)

* Calculer les longueurs d'onde limites des séries de raies de l'atome d'hydrogène. * Etre conscient de l'importance des spectres dans la détermination de la composition chimique des corps, de la température des étoiles...

* Spectre de raies . - Spectre de raies d'émission. - Spectre de raies d'absorption. - Excitation, désexcitation. * Niveaux d'énergie de l'atome d'hydrogène. - Postulats de Bohr. - Quantification. - Etat d'ionisation. - Séries du spectre d'émission (Lyman, Balmer, Paschen.). * Applications .

* Observation de spectres d'émission. * Observation de spectres d’absorption. * Détermination de niveaux d'énergie. * Exploitation des documents * Représentation de transitions croissante ou décroissante

Commentaires


La structure de l’atome a été au cours des siècles et millénaires l’objet de plusieurs théories. L’hypothèse atomiste affirme d’abord et surtout que la divisibilité de la matière a des limites . Cette hypothèse a été citée pour la première fois dans les oeuvres de Leucippe de Millet en 420 av. JC. On la retrouve dans l’œuvre de Démocrite son contemporain et disciple. Dans l’histoire de l’atome et les modèles proposés on retrouve les noms d’éminents physiciens et savants : J.Joseph Thomson, Ernest Rutherford, Niels Bohr, Max Planck, Einstein, Erwin Schrödinger 1 Rechercher les modèles et apports théoriques de ces savants à propos de l’atome. 2 Quel modèle permet d’expliquer la formation des spectres de raies d’émission et d’absorption ?

Ce chapitre débutera par la mise en évidence (ou à défaut l’observation) de quelques spectres

de raies d'émission et de raies d'absorption. L’analyse que l’on fera de ces spectres permettra

d’aboutir à la conclusion selon laquelle un corps atomique émet un rayonnement uniquement

pour certaines fréquences bien spécifiques, caractéristiques des atomes constitutifs.

On expliquera la présence de ces raies par une quantification des niveaux d'énergie de l’atome.

Enoncer les postulats de Bohr :

* les variations d'énergie de l'atome sont quantifiées,

* l'atome ne peut exister que dans certains états d'énergie bien définis, chaque état étant

caractérisé par un niveau d'énergie,

* Expliquer le phénomène selon lequel un photon de fréquence ν n,p est émis lorsque l'atome

effectue une transition entre deux niveaux d'énergie Ep et En et donner la relation

h ν n,p = En- Ep avec En> Ep.

De même on donnera l’interprétation des phénomènes d'excitation, de désexcitation et

d'ionisation d'un atome.

162

Pour le cas de l'atome d'hydrogène on donnera l'expression du niveau d'énergie d'ordre n :

En = - 13, 6

2n (eV) où n est le nombre quantique principal ; on expliquera brièvement l'origine de

cette relation. On déterminera l'énergie d'ionisation. On représentera les différentes transitions

correspondant aux différentes séries de raies (séries de Lyman, Balmer, Paschen) et on

calculera leurs longueurs d'onde limites.

On fera une généralisation très brève, sans formulation, aux autres atomes.

Rappeler le spectre de la lumière blanche, distinguer spectre continu et spectre discontinu.

On citera quelques applications : composition chimique des corps et température des étoiles,

composition chimique de la couronne solaire.

CHAPITRE P15 : Réactions nucléaires Durée : 6 h

C L A S S E : T °S

Objectifs d’apprentissage Contenus Activités d'appr entissage * Interpréter la stabilité du noyau *Utiliser l’expression de l’énergie de liaison d’un noyau. *Utiliser l’équivalence masse – énergie. *Montrer expérimentalement la nature des rayonnements. * Connaître les propriétés des rayonnements radioactifs. * Citer quelques familles radioactives. * Calculer une période. * Equilibrer les équations des réactions nucléaires. * Citer des applications de la radioactivité et l'importance des centrales nucléaires. * Prendre conscience des mesures de précaution à prendre pour la protection contre les effets néfastes de la radioactivité. * Calculer l’énergie libérée par une réaction nucléaire.

* Relation d'Einstein. - Equivalence masse-énergie. - Unités de masse et d’énergie - Energie de liaison. - Condition de stabilité. * Stabilité d’un noyau - Composition d’un noyau - Energie de liaison, énergie de liaison par nucléon, - Condition de stabilité * Radioactivité . - Radioélément. - Rayonnement radioactif. - Loi de désintégration radioactive. - Constante radioactive. - Période ou demi-vie. - Activité. - Réactions radioactives. - Familles radioactives. * Fission nucléaire . * Fusion nucléaire . * Applications.

* Etude des propriétés des rayonnements radioactifs. * Analyse d’un rayonnement radioactif par un champ électrique, par un champ magnétique. * Représentation de courbe de désintégration radioactive. * Ecriture des équations de quelques réactions nucléaires

Commentaires


1. Dans le laboratoire du carbone 14 du Professeur Cheikh Anta Diop (1923..- 1986) de Dakar, le carbone 14, élément radioactif, est utilisé pour la datation : grâce à cet élément on peut dater la mort de matériaux organiques (organes végétaux ou animaux) en remontant jusqu’à 40.000 ans environ. - définir la radioactivité, - quel est le principe de la datation au carbone 14 ? 2. Rechercher les effets biologiques de la radioactivité : - les dangers, - les utilisations pour l’homme : en médecine et dans l’industrie

163

Après un bref rappel sur la composition du noyau et le phénomène d’isotopie, on abordera le

problème de la stabilité d’un noyau. On expliquera qualitativement la stabilité de certains

noyaux par l'existence d'une interaction forte attractive de très courte portée qui l'emporte à

courte distance (de l'ordre des dimensions du noyau) sur l'interaction électrostatique.

On définira l'énergie de liaison E llll d'un noyau et on donnera son expression pour un

nucléide Z

AX de masse m : E llll = [Z mp + (A - Z) mn - m] c 2.

De manière générale, on précisera à chaque fois les conventions de signe utilisées pour

l’énergie et on pourrait s’en tenir à ces conventions pour plus d’harmonie et de cohérence ;

toutefois on donnera l’information sur l’existence d’autres conventions.

Auparavant admettre l'équivalence masse-énergie et introduire la notion d’énergie de

masse puis donner la relation d'Einstein ∆E = ∆mc2

On notera qu'un noyau est d'autant plus stable que l'énergie de liaison par nucléon El /A est

plus grande.

Les notions de mécanique relativiste sont hors prog ramme.

Les exercices proposés ne doivent faire intervenir ni les particules relativistes, ni les

interactions entre ces particules.

La suite du chapitre portera sur les réactions nucléaires que l’on introduira à partir du caractère

instable de certains noyaux. Définir alors la radioactivité naturelle ou spontanée et la

radioactivité provoquée ou artificielle. On analysera un rayonnement radioactif à l'aide d'un

champ électrique et d'un champ magnétique. On donnera la composition et les caractéristiques

des rayonnements :

* le rayonnement α ( noyaux d'hélium) est très ionisant, peu pénétrant

* le rayonnement β (électrons pour β− ou positron pour β +) peu ionisant mais pénétrant

* le rayonnement γ (photons) excitant et très pénétrant

Insister sur les propriétés d'un rayonnement radioactif (ionisation d'un gaz, impression d'une

plaque photographique et scintillement d'un écran fluorescent)

On établira la loi de désintégration radioactive N = No e - λt, où λ est la constante radioactive.

Définir les notions de période (ou demi-vie) T et d'activité A (ou nombre de désintégrations par

seconde).

Dans l’écriture des équations nucléaires on tiendra compte des lois de conservation

L'étude des réactions nucléaires provoquées sera faite. On définira la fission nucléaire et la

fusion nucléaire. On en donnera quelques exemples : pour la fission nucléaire (bombardement

de l'uranium 235 par des neutrons ) pour la fusion nucléaire (fusion de deux noyaux de

deutérium, fusion d'un noyau de deutérium et d'un noyau de tritium).

164

On retiendra que les réactions de fission et de fusion nucléaires sont très exoergiques : un

gramme d'uranium 235 libère 200 MeV soit 1 MeV par nucléon, le cycle proton-proton (série de

réactions thermonucléaires dans les étoiles) libère 6 MeV par nucléon.

On explicitera les conditions de réalisation des réactions nucléaires :

* Capture d'un neutron "lent" par un noyau fertile qui devient fissile

* Les réactions de fusion nucléaire nécessitent une haute température pour se produire (d'où

réactions thermonucléaires).

NB : La fusion nucléaire est à l'origine de la bombe H. et la fission nucléaire à celle de la bombe

A.

La radioactivité offre de nombreuses applications dont la datation des objets archéologiques et

la radiographie en médecine.

Les réactions nucléaires ont pour application principale la production d'énergie électrique dans

les centrales nucléaires.


1 Etude d’une mission dans l’espace.

Lire l’énoncé dans le recueil « activités » en fin de document (activité 4)

2 Imagerie médicale

Lire l’énoncé dans le recueil « activités » en fin de document. (activité 3)

3 Etude d’un accélérateur de particules.

4 Phénomène des tsunamis

5 Accident de Tchernobyl (26 avril 1986)

6 Utilisation de l’énergie solaire.

165

PROGRAMME DE CHIMIE

Les compétences d’année en chimie Compétence 5

A la fin de la classe de terminale S, l’élève ayant acquis les savoirs, savoir-faire et savoir-

être en chimie organique (alcools, amines, acides carboxyliques, dérivés d’acides

carboxyliques et acides α aminés) doit les intégrer dans des situations d’explication, de

prévision et de résolution de problèmes : identification, caractérisation, transformations

réciproques, utilisation pratique.

Compétence 6

A la fin de la classe de terminale S, l’élève ayant acquis les savoirs, savoir-faire et savoir-

être sur les solutions aqueuses (pH, aux solutions d’acides, de bases et de sels, réactions

acide base) doit les intégrer dans des situations d’explication, de prévision et de résolution

de problèmes : identification, caractérisation, dosage….

Les chapitres

L’étude de la chimie organique entamée en classe de première a permis de faire découvrir aux

élèves que les composés organiques qui possèdent des groupes d’atomes identiques ont des

propriétés analogues, ce qui justifie le classement de ces composés par groupes fonctionnels.

En classe de terminale, à travers l’étude de quelques composés oxygénés et /ou azotés,

d’autres groupes fonctionnels sont présentés. Cela montre, entre autres, que plusieurs groupes

peuvent coexister dans une même molécule induisant des propriétés spécifiques. Par ailleurs

l’accent est mis sur la possibilité de transformer les groupes fonctionnels les uns dans les

autres montrant ainsi toute la richesse et les possibilités qu’offre la chimie organique.

L’utilisation courante des composés organiques est soulignée(alcootests, parfums,

médicaments, savons,…).

Toutefois l’étude de la chimie reste descriptive en particulier pour les structures

moléculaires.


166

CHAPITRE C1 : Les alcools Durée :6 h C L A S S E :

T S

Objectifs d’apprentissage Contenus Activités d'appr entissage * Construire les modèles des molécules d’alcools de différentes classes * Nommer un alcool.

* Distinguer les trois classes d’alcool par leur formule ou par l’oxydation ménagée.

* Ecrire les équations bilans. **Citer les caractéristiques de la

réaction d’estérification directe et celles de l’hydrolyse. *Distinguer qualitativement une réaction totale d’une réaction réversible

* Rappels : alcools et classes . - Formule brute, groupement caractéristique.

- Les trois classes * Propriétés . Oxydation ménagée Déshydratation

Estérification directe. Hydrolyse. Equilibre chimique

* Utilisation des modèles moléculaires

Recherche de formules développées

Réalisation de l’oxydation ménagée ou énergique des alcools.

* * Réalisation d’une réaction

d’estérification (ou d’hydrolyse).

Commentaires


La fermentation est la modification chimique de substances organiques sous l'action d'enzymes. Le type de fermentation le plus important est probablement la fermentation alcoolique : transformation des sucres de céréales ou de fruits par les levures 1 Quel est le produit majoritaire obtenu lors de la fermentation alcoolique ? 2 Donner le nom et la formule de quelques alcools d’usage courant. 3 A quelle (s) fin(s) utilise-t-on ces alcools ? 4 Relever les indications mentionnées sur l’étiquette d’une bouteille d’alcool éthylique commercial. Donner leur signification.

- Ce chapitre prolonge l’étude des composés organiques oxygénés menée en classe de

première. Il convient de rappeler les groupements caractéristiques des alcools, leur formule

générale, les classes d’alcools et leur obtention par l’hydratation des alcènes.

- L’accent sera mis sur l’étude des propriétés chimiques des alcools : déshydratation, oxydation

brutale, oxydation ménagée et estérification directe (la réaction d’estérification indirecte ne sera

étudiée que dans le chapitre C3)

- Souligner les caractéristiques de la réaction d’estérification directe.

- Insister sur les réactions d'oxydation ménagée et montrer comment elles permettent de

distinguer les trois classes d’alcools. La mise en évidence des produits de l’oxydation ménagée

d’un alcool fera appel aux tests d’identification des aldéhydes et cétones vus en classe de

première. Ces tests ne seront pas traduits en équations. Par contre, on traduira l’oxydation de

l’alcool en aldéhyde ou acide carboxylique par l’ion permanganate et/ou l’ion dichromate en

milieu acide en utilisant les demi-équations électroniques des couples oxydant-réducteur

correspondants

167

- L'utilisation des réactions de déshydratation des alcools pour la préparation des alcènes sera

soulignée.

- L'hydrolyse des esters sera étudiée, on donnera ses caractéristiques. La comparaison avec la

réaction d'estérification permettra d'aboutir à la notion "d'équilibre chimique". A ce stade on se

limitera à la notion qualitative d’équilibre, l’étude quantitative ne sera pas abordée ici ; par

contre la possibilité de déplacer un équilibre sera illustrée par un exemple (élimination d’eau

dans le cas de l’équilibre estérification-hydrolyse) .

- A travers cette étude l'accent sera mis sur l'utilisation courante des composés organiques

oxygénés : alcootests, parfums, médicaments etc.

Signaler l’existence de polyalcools, il sera utile de donner l’exemple du glycérol qui servira plus

tard (réaction de saponification chapitre C3) .

Toutefois l’étude des propriétés des polyalcools es t hors programme.

CHAPITRE C2 : Les amines. Durée :4 h C L A S S E : °t S


Nommer une amine à partir de sa formule développée ou semi-développée

Construire les modèles moléculaires d’amines de différentes classes *

Différencier les trois classes d’amine Donner les caractéristiques de

l’ionisation d’une amine dans l’eau. * Mettre en évidence les propriétés basiques des amines.

* Amines . . Groupe caractéristique. Structure de LEWIS Nomenclature. Les trois classes.

* * * Propriétés Ionisation Réaction avec les indicateurs et les ions métalliques.

* Utilisation des modèles moléculaires.

Recherche de formules développées

* Faire des expériences illustrant les propriétés basiques des amines : action sur les indicateurs, sur les ions métalliques

Commentaires


Les amines sont des produits de base très importants dans l’industrie. Ecrire la formule semi-développée de chacune des amines nommées ci-après et donner les principales utilisations industrielles que l’on en fait: - méthanamine - éthanamine, - aniline.

La reconnaissance de la fonction amine, la distinction des trois classes d'amine et l'énoncé des

règles de nomenclature débuteront le chapitre.

La représentation de la structure de Lewis des amines permettra de prévoir leur caractère

basique (et d’expliquer dans la suite du programme le lien entre la force de la basicité de

l’amine et le degré de substitution).

168

L'étude des propriétés basiques des amines donnera lieu à des expériences que feront les

élèves. Cette étude sera limitée à l’ionisation des amines dans l’eau (on insistera sur le

caractère partiel), leur action sur les indicateurs colorés et sur les solutions d'ions métalliques.

D’autres propriétés des amines seront étudiées dans la suite du programme (Chapitres C3 et

C8) et au fur et à mesure les applications seront données.

CHAPITRE C3 : Acides carboxyliques et dérivés Durée :5 h C L A S S E : T S

Objectifs d’apprentissage Contenus Activités d'appr entissage * Donner les formules brutes et les formules semi-développées des acides carboxyliques et des fonctions dérivées. * Nommer les acides carboxyliques et les fonctions dérivées. * Citer les propriétés des acides carboxyliques et des fonctions dérivées. * Ecrire les équations des réactions étudiées. * Donner quelques applications des acides carboxyliques et des fonctions dérivées dans la vie courante : saponification etc.

* Acides carboxyliques. Groupe carboxyle Nomenclature, Ionisation ; action sur les métaux, action sur les indicateurs colorés

* Passages aux fonctions dérivées et rréactions inverses Décarboxylation Passage à l’anhydride et réaction inverse Passage au chlorure et réaction inverse

Estérification Saponification

Passage à l’amide. * Applications - Polyesters. - Polyamides.

* Utilisation des modèles moléculaires. Recherche de formules

développées * Hydrolyse du chlorure d’acyle *Fabrication de savon * Fabrication du nylon6-6

Commentaires


C'est Pasteur qui, le premier, a expliqué les processus microbiologiques de la fabrication du vinaigre. Le vinaigre est le produit de deux fermentations : la première, assurée par la levure, transforme le sucre dissous en alcool et donne une liqueur de 6 à 9 degrés, appelée brassin ; le brassin fermente à son tour sous l'action de l'Acetobacter. 1 Que signifie « liqueur de 6 à 9 degrés » ? 2 De quel alcool dérive l’acide correspondant au vinaigre ? 3 En déduire le nom systématique de cet acide, donner la formule semi-développée correspondante. 4 Ecrire la formule semi-développée d’un ester de même formule brute que cet acide. Nommer ce composé.

Ce chapitre vient en complément de l'étude sommaire des acides faite en 1ère.

Il s’agit de présenter à nouveau le groupe carboxyle et par suite d’étudier ses transformations

en d’autres groupes :

Après avoir rappelé les règles de nomenclature donner quelques exemples d'acides

carboxyliques à chaîne linéaire et saturée, et d’acides dont la molécule renferme un noyau

benzénique.

169

L’étude des transformations du groupe carboxyle portera sur les propriétés acides (ionisation

limitée , action sur les métaux, sur les indicateurs colorés), les réactions de décarboxylation et

le passage des acides carboxyliques aux fonctions dérivées (anhydride d’acide, chlorure

d'acide, ester, amide) et le passage inverse. On précisera la nomenclature des fonctions

dérivées et on écrira les équations des réactions de synthèse.

Le passage à l’ester donnera l’occasion de comparer les deux possibilités: estérification directe

(action d'un acide carboxylique sur un alcool, réaction lente, limitée) et estérification indirecte

(action d'un chlorure ou d’un anhydride d'acide sur un alcool, réaction rapide, totale).

Pour les amides on se limitera au passage de l’acide à l’amide (le passage inverse n’est pas à

faire)

La saponification des esters sera réalisée. A ce propos les corps gras seront présentés comme

des triesters du glycérol et des acides gras.

- Réaliser la saponification de l’huile.

Comme applications du chapitre on donnera les exemples de la fabrication industrielle des

savons, des polyesters et du Nylon.

Les mécanismes réactionnels sont hors programmes.

CHAPITRE C4 : Cinétique chimique Durée :5 h C L A S S E : T S

Objectifs d’apprentissage Contenus Activités d'appr entissage * Déterminer une vitesse de formation d’un produit et/ou de disparition d’un réactif. * Déterminer le temps de demi réaction. * Utiliser l’influence des facteurs cinétiques sur la vitesse.

* Donner quelques applications de la cinétique chimique : conservation des aliments, autocuiseur.

* Objet de la cinétique . * Vitesse de formation et vitesse de disparition

Vitesse moyenne, vitesse instantanée. Temps de demi réaction

Facteurs cinétiques. Concentrations Température Catalyseur * Applications

* Réalisation de réactions lentes, rapides,.. * Tracer une courbe n = f(t) ou C = f(t). * Déterminer graphiquement une vitesse moyenne, une vitesse instantanée d'apparition ou de disparition. * Mise en évidence des facteurs cinétiques.

Commentaires


1 Pour éviter la décomposition rapide de certains aliments tels que le couscous, traditionnellement on y place un morceau de charbon. Comment justifier scientifiquement cette pratique traditionnelle ? 2 Comment justifier la conservation moderne au froid des aliments ?

L’étude comparée de l’évolution dans le temps de quelques réactions pourrait se faire en

s'appuyant sur des exemples simples : combustions vives, réactions de précipitation,

combustions lentes, estérification,….

170

On insistera sur la notion de temps de réaction et sur la relativité du caractère rapide ou lent

d’une réaction. Cela permettra de justifier la nécessité d’introduire la vitesse et de préciser

l'objet de la cinétique chimique.

S’appuyant sur un exemple de réaction lente on montrera que l’on peut facilement suivre la

formation de l’un des produits ou la disparition d’un des réactifs et chercher à déterminer la

quantité qui varie au cours du temps : Comme exemple on pourrait réaliser l’action des ions

iodure sur les ions péroxodisulfate ou la réaction d’estérification directe ou d'hydrolyse d’un

ester (à défaut de répéter l’expérience les résultats de mesures du chapitre C1 pourraient être

utilisés).

On définira alors la vitesse moyenne de formation et la vitesse instantanée de formation d’un

produit puis la vitesse moyenne de disparition et la vitesse instantanée de disparition d'un

réactif.

Les élèves apprendront à déterminer graphiquement ces vitesses en précisant leurs unités

(mol/s, mol/h). On montrera l'évolution de la vitesse de réaction au cours du temps.

Expérimentalement, on dégagera l'influence des facteurs cinétiques sur la vitesse de réaction :

concentration des réactifs, température du milieu réactionnel, catalyseurs.

Expérimentalement montrer comment l’action des ions fer(II) ou fer(III) accélère la réaction des

ions iodure sur les ions péroxodisulfate puis interpréter par les équations de réaction.

Pour l’autocatalyse donner l’exemple du couple MnO4- /Mn2+, c’est le seul exemple à donner.

En exercices divers exemples relevant de différents types de réactions (estérification,

hydrolyse, saponification, réactions d'oxydoréduction...) seront traités. Dans le cas des

réactions d’oxydoréduction donner les potentiels normaux des couples impliqués ou des

indications sur les produits formés pour permettre aux élèves d’écrire les équations de réaction.

On citera quelques applications : autocuiseur, méthodes de conservation des aliments.

Les notions de vitesse globale et d'ordre de réacti on ne sont pas au programme.

Rappel : les mécanismes réactionnels sont hors prog ramme,

L’étude systématique de la catalyse est aussi hors programme.

171

CHAPITRE C5: pH d’une solution aqueuse - Autoprotolyse de l'eau , produit ionique –– Indicateurs colorés

Durée 6 h C L A S S E : T S

Objectifs d’apprentissage Contenus Activités d'appr entissage • Mesurer le pH d’une solution à l’aide du pH-mètre • Déterminer l'acidité, la basicité et la neutralité d'un milieu par la mesure du pH ou l’emploi d’un indicateur coloré. .Ecrire l’équation de la réaction d’autoprotolyse de l’eau. • Donner la valeur du produit ionique de l’eau à 25°et établir un lien entre la valeur du produit ionique et la température. • Donner les valeurs des

concentrations en ions HO- et H3O+

dans l'eau pure à 25°C (10 -7 mol/L) • Déduire le pH de la concentration

en ions H3O+ et HO- et inversement • Utiliser un indicateur coloré • Prendre conscience de l'importance du pH dans la vie courante : valeur du pH sanguin, des sols, des produits alimentaires.

* pH d'une solution

aqueuse . - Expression. - Mesure de pH. * Caractère acide, basique ou neutre d’une solution

* * Cas de l’eau pure - Conductibilité de l'eau.

- Autoprotolyse de l'eau. - Produit ionique de l'eau. * Calcul de pH * Indicateurs colorés . * Applications .

* Mesure de pH à l'aide du pH-mètre. * Mise en évidence de la conductibilité de l'eau. * Interprétation de la faible conductibilité de l'eau. * calcul de pH et de

concentrations en ions OH-

et H3O+ * Préparation d’un indicateur coloré.. Etablissement de l’échelle de pH d’un indicateur coloré.

Commentaires


1 Macérer dans l’eau la calice sèche d’oseille (bissap bllanc) pendant une heure environ. Filtrer et transvaser le filtrat dans un flacon ; diluer si la solution est concentrée et conserver à l’abri de l’air. Préparer une solution diluée de citron, une de cendre et une sel alimentaire (de chlorure de sodium). Prélever 1 millilitre de chaque solution puis ajouter une à deux gouttes de la solution d’oseille. Noter la couleur obtenue. Comparer les résultats obtenus. Conclure. Quelle utilisation pratique peut-on faire de la solution d’oseille ? 2 Reprendre l’expérience en utilisant des fleurs de bougainvilliers à la place de la calice d’oseille. Comparer les résultats obtenus avec les précédents. L’étude des solutions faite en classe de seconde a permis de faire le lien entre les propriétés

acides (basiques) d’une solution et la concentration en ions hydronium ou oxonium H3O+

(hydroxyde HO-) : les propriétés acides (basiques) sont d’autant plus marquées que la

concentration en ions H3O+ (ou en ions HO-) est élevée (à ce niveau seule la définition

d’Arrhénius a été étudiée)

Ce chapitre consolide les connaissances acquises en classe de seconde sur les acides et les

bases par l’introduction d’une grandeur, le pH, qui « mesure » l’acidité ou la basicité d’une

solution aqueuse.

Le pH sera défini comme l’opposé du logarithme décimal de la concentration en ions

hydronium : pH = - log [H3O+]

172

On expliquera en quoi il est plus commode d’utiliser les valeurs pH à la place des valeurs des

concentrations en ions hydronium.

Faire mesurer le pH d'une solution à l'aide du pH-mètre. On expliquera le fonctionnement de

l’appareil.

A l’aide du pH –mètre faire mesurer le pH de solutions acides, basiques et neutres. Donner les

valeurs de ces pH à 25°C.

En évaluation formative les élèves seront amenés à calculer des pH de solutions connaissant

[H3O+] ou [HO-] et réciproquement.

La conductibilité électrique de l’eau peut être introduite à partir de la mesure du pH de l’eau

pure qui prouve l’existence d’ions. Cette conductibilité sera interprétée à partir de la réaction

d’autoprotolyse de l’eau ou équilibre d’ionisation de l’eau. On en profitera pour consolider la

notion d’équilibre vue dans le chapitre C1

On donnera l'expression du produit ionique de l'eau : Ke = [H3O+].[HO-]

Sa valeur à 25 C sera retenue. Donner la relation pKe = - log Ke

Des exemples de valeurs numériques seront fournis à titre indicatif pour montrer que le produit

ionique est fonction de la température :

à O°C Ke = 1,1 10 -15 pKe = 14,96

à 25°C Ke = 10 -14 pKe = 14

à 100°C Ke = 5,5 10-13 pKe = 12,26

Rappeler la définition d'un indicateur coloré et préparer quelques indicateurs naturels ou usuels.

L’action d’un indicateur tel que le bleu de bromothymol sur des solutions de pH varié permettra

de rappeler les notions de teinte acide, teinte basique, teinte sensible et zone de virage vues en

classe de seconde.

Dans le chapitre C8 les compléments nécessaires sur l’étude des indicateurs colorés (couple

acide base, pKa, mode d’action d’un indicateur coloré) seront apportés. On expliquera dès à

présent le principe du papier pH et on l'utilisera.

En application on donnera la valeur du pH du sang, du pH de certains sols et de quelques

produits alimentaires. Des règles de sécurité seront données.

NB : Il est important de rappeler, à titre introductif ou au fur et à mesure du déroulement de la

leçon, les notions de concentration molaire ou « molarité » d’un soluté dans une solution et de

concentration molaire d’une espèce chimique présente dans une solution.

173

CHAPITRE C6 : Notions d'acide fort et de base forte – réaction entre acide fort et base forte.

Durée 7 h C L A S S E : T S

Objectifs d’apprentissage Contenus Activités d'appr entissage * Ecrire les équations des réactions des acides forts et des bases fortes avec l'eau. * Ecrire les équations

d'électroneutralité et de conservation de la matière.

Utiliser les expressions des pH des monoacides forts et des monobases fortes.

* Calculer le pH du mélange d'un acide fort et d'une base forte.

* Utiliser la méthode des tangentes pour déterminer le point équivalent. * Retenir que le pH à l'équivalence est égal dans ce cas précis à 7 (à 25°C).

* Connaître l'allure de la courbe pH = f(VB) et interpréter ses différentes parties.

* Acide fort . - Exemple de HCl +Equation d'électroneutralité. +Equation de conservation

de la matière. - Généralisation * Base forte. - Exemple de NaOH +Equation d'électroneutralité. +Equation de conservation

de la matière. - Généralisation * Réaction entre un acide fort et une base fort e.

- Etude qualitative - Etude quantitative

+Evolution du pH du mélange. +Tracé de la courbe pH = f(VB). +Point d'équivalence. +Influence de Ca sur l'allure de la courbe

* Mesure du pH de quelques solutions. * Expériences : - montrer qu'un acide fort est complètement dissocié en ions dans l'eau. - montrer qu'une base forte est complètement dissociée en ions dans l'eau.

Recherche du domaine de validité des relations pH = -logC pour un monoacide,

pH = 14 + logC pour une monobase à l'aide d'un pH-mètre.

* Expérience : vérifier qu'en mélangeant un acide et une base il disparaît autant de

moles d'ions H3O+ que de

moles d'ions HO-. * Réalisation du dosage acide fort base forte avec un pH-mètre et/ou un indicateur coloré.

* Tracer la courbe pH = f(VB). Exploiter la courbe de dosage

Commentaires


Les Industries Chimiques du Sénégal (I.C.S) disposent à MBAO d’une unité de fabrication d’engrais. On y fabrique, entre autres : - du sulfate d’ammonium (engrais simple), - du nitrate de calcium (engrais simple), - du superphosphate normal (mélange de deux sels : dihydrogénophosphate de calcium + sulfate de calcium). 1 Chaque engrais est obtenu à partir de l’action d’un acide fort sur une substance appropriée. Préciser les réactifs utilisés pour chaque engrais. 2 Ces exemples mettent en évidence les risques que fait courir à la population l’utilisation abusive des engrais chimiques ; expliquer.

Dans le cas des acides forts, on prendra comme exemple l’acide chlorhydrique. A partir d’une

solution commerciale par exemple, préparer des solutions ni trop concentrées ni trop diluées

(exemple C = 10-2 ; 10-3 , 10-4 mol.L-1). Les acquis de la classe de seconde sur la préparation

des solutions seront utilisés (calcul des quantités de matière, de volumes, matériel approprié).

Pour une solution chlorhydrique de concentration donnée on mettra en évidence la conductibilité

électrique ainsi que la présence d’ions Cl- (action d’une solution de nitrate d’argent) et d’ions H3O+

(mesure du pH). Après avoir fait l'inventaire des espèces chimiques présentes, on appliquera

174

l'équation d'électroneutralité et l'équation de conservation de la matière pour déterminer leurs

concentrations, ce qui permettra d'aboutir à la conclusion selon laquelle la réaction de l'acide

chlorhydrique avec l'eau est totale. On définira alors la notion d'acide fort.

Pour un monoacide fort on établira la relation pH = - logC et l’on précisera son domaine de

validité :10-5 mol.L-1 <C <10-1 mol.L-1.

On fera remarquer que si le monoacide est trop concentré (C> 10-1 mol.L-1) la relation

précédente n'est pas applicable du fait des interactions fortes entre ions. Si la solution de

monoacide fort est trop diluée, la relation pH = - logC n'est pas valable car il faut tenir compte de

la concentration en ions H3O+ venant de l'eau.

On citera d'autres exemples d'acides forts : H2SO4, (en solution assez diluée), HNO3, HI, HBr,

HClO4 (acide perchlorique). Faire vérifier expérimentalement que ces acides sont forts et faire

écrire à chaque fois l'équation de leur réaction avec l'eau.

Prendre l'hydroxyde de sodium comme exemple de base forte et utiliser le même procédé que

pour l’étude de la solution chlorhydrique : mise en évidence de la conductibilité électrique de la

solution et de la présence des ions Na+ (test à la flamme) et OH- (mesure du pH), inventaire des

espèces chimiques présentes, calcul des concentrations molaires pour une solution de

concentration C connue à partir du pH et des équations d'électroneutralité et de conservation de

la matière.

En déduire la définition générale d’une base forte. Préciser que pour des solutions de monobases

fortes ni trop concentrées ni trop diluées (10-5 mol.L-1 <C <10-1 mol.L-1), on peut appliquer la

relation : pH = 14 +logC.

Donner des exemples de bases fortes : KOH, Ca(OH)2, C2H5O- (ion éthanolate).

La réaction entre un acide fort et une base forte sera étudiée à partir de solutions d’acide

chlorhydrique et d’hydroxyde de sodium.

Qualitativement le caractère exothermique de la réaction sera mis en évidence en mélangeant

des solutions de concentrations voisines de 1 mol/L et en suivant l’évolution de la température à

l’aide d’un thermomètre. L’étude quantitative qui suit se fera à partir d'un mélange d’une solution

d'acide chlorhydrique et d'une solution d'hydroxyde de sodium de concentrations respectives CA

et CB, de volumes respectifs VA et VB. La mesure du pH du mélange permettra de montrer qu'il

disparaît autant d'ions H3O+ que d'ions OH- : ce résultat devra être établi par les élèves, ce

faisant ils apprendront à s’habituer au calcul des concentrations et à l’utilisation des équations

d’électroneutralité et de conservation de la matière. Ecrire l’équation de la réaction.

L'étude de l'évolution du pH du mélange en fonction du volume VB de base versée sera faite

(dosage pH-métrique d'un acide fort par une base forte). Faire tracer la courbe pH = f (VB),

interpréter son allure et insister particulièrement sur l'évolution très lente du pH pour un volume

175

faible de base versée et sur le saut de pH important quand on atteint l'équivalence acido-basique.

Le point d'équivalence sera déterminé par la méthode des tangentes. Montrer aussi comment

situer le point équivalent à l’aide d’un indicateur coloré.

Définir de façon générale la notion d’équivalence acido-basique et insister sur le fait qu’à

l’équivalence d’un mélange d’acide fort et de base forte le pHE = 7. Donner les précisions

nécessaires sur la notion d’équivalence.

A titre d’application on fera calculer la concentration de la solution de titre inconnu en exploitation

les coordonnées du point équivalent..

L'influence de la concentration de l'acide sur l'allure de la courbe pH = f (VB) sera traitée.

En exercice, faire tracer la courbe pH = f(Va) et faire interpréter l'allure de la courbe pour le

dosage d’une base forte par un acide fort.

CHAPITRE C7 : Acides et bases faibles, couples acide-base- Constante d'acidité et classification des couples a cide - base

(Durée : 8 h) C L A S S E : T S

Objectifs d’apprentissage Contenus Activités d'appr entissage * Retenir que les acides et les

bases faibles sont partiellement dissociés en ions dans l'eau.

* Calculer le coefficient d'ionisation d'un acide, d'une base. * Montrer l'augmentation du coefficient d'ionisation lorsque la dilution augmente.

Ecrire les demi-équation protoniques d'un couple acide-base.

* Calculer une constante de réaction (acido-basique) * Calculer le Ka et le pKa. d'un couple acide-base. * Comparer les forces de deux acides, de deux bases. * Classer des couples acide-base.

Acides faibles et bases faibles

Acide éthanoïque, ion éthanoate,

Ammoniac, ion ammonium * Couples acide - base

couple acide éthanoïque / ion éthanoate,

- couple ion ammonium/ ammoniac

- Théorie de Bronsted - généralisation

Constante d'acidité K a ( pKa) Constante de réaction K, Constante de réaction

réduite ou constant d’acidité Ka

* Classification des couples acide-base .

*Expérience :Vérifier expérimentalement qu'à concentration égale, une solution aqueuse d'acide faible est moins conductrice qu'une solution d'acide fort; en faire de même pour une base faible.

* Expérience : Montrer que les acides et les bases faibles sont partiellement dissociés en ions dans l'eau.

Expériences : - mesurer le pH d'un acide faible et vérifier que :

pH > pC = -logC. - mesurer le pH d'une base faible et vérifier que pH < 14 + log C.

Mise en évidence de couples acide-base.

Tracer la courbe :

pH = f(log[CH3COO-]/ [CH3COOH]).

* Détermination expérimentale de la constante d'acidité d'un couple acide- base.

Commentaires


Un acide faible : l’aspirine. 1 Le terme aspirine est un nom synonyme d’acide acétylsalicylique, produit vendu sous différents noms commerciaux déposés. Il a été synthétisé pour la première fois en 1893 par le chimiste allemand Félix Hoffmann. Rechercher la formule semi-développée de l’aspirine. Reproduire cette formule, entourer et nommer les différents groupes fonctionnels. 2 L’aspirine est prescrit comme analgésique, antipyrétique, anti-inflammatoire, antifébrile : que signifient ces qualificatifs ?

176

Après avoir étudié les acides forts qui, en solution aqueuse réagissent totalement avec l’eau, montrer que certains acides tels que l’acide éthanoïque réagissent partiellement avec l’eau ; de même on montrera que certaines bases telles que l’ammoniac réagissent partiellement avec l’eau, contrairement aux bases fortes comme l’hydroxyde de sodium. Le professeur pourrait commencer par montrer qu'à concentration égale une solution d'acide éthanoïque est moins conductrice qu'une solution d'acide chlorhydrique. Il interprétera cela par la faible dissociation de l'acide éthanoïque dans l’eau. Ce résultat devrait être confirmé par la suite par une étude quantitative : on fera déduire, de l’inventaire des espèces susceptibles d’être présentes dans une solution d’acide éthanoïque de concentration molaire C donnée et de la valeur du pH mesuré, les concentrations de ces espèces. L’interprétation des résultats obtenus permet de justifier le caractère limité de la réaction d’ionisation de l’acide éthanoïque dans l’eau et par suite d’écrire l’équation correspondante. La notion de degré d’ionisation sera introduite ; et l’on pourra montrer en exercice son évolution avec la dilution. Le caractère limité de la réaction d’ionisation de l’acide éthanoïque sera expliqué par la mise en évidence de la réaction inverse. La mise en évidence de la réaction de l’acide éthanoïque avec l’eau et celle de la réaction des ions hydronium avec les ions éthanoate, permettent de conclure que ces réactions mènent à un équilibre chimique qui se traduit par l’équation : CH3COOH + H2O CH3COO- + .H3O+

Pour l'étude des bases faibles, le professeur prendra l’ammoniac comme exemple. Il adoptera la même démarche que pour les acides faibles pour montrer que les bases faibles sont partiellement dissociées en ions. La définition d'une base faible sera donnée et son coefficient d'ionisation calculé. D'autres exemples de bases faibles seront cités. La notion de couple acide base peut être déduite de l’étude précédente : le passage de l’acide

éthanoïque à l’ion éthonoate et le passage inverse, ainsi que le passage de l’ion ammonium à l’ammoniac et vice versa. On donnera d’autres exemples de couples en précisant la convention d’écriture :

CH3COOH/CH3COO- , HCl/Cl-, NH4+/NH3, C2H5OH/C2H5O-, H3O+/H2O, H2O/OH-. Dans le cas des polyacides et des polybases on parlera des espèces ampholytes ou amphotères (HSO4-, H2PO42-, HCO3-)

A partir de l'exemple du couple CH3COOH/CH3COO-, définir la notion de constante d'acidité. Pour ce faire revenir sur la notion d’équilibre chimique pour introduire la notion de constante de réaction :

- Soit l’équilibre : A + B C + D - les résultats expérimentaux obtenus avec de nombreux équilibres chimiques montrent que

l’expression - [C][D] / [A][B] reste constante quelles que soient les concentrations des quatre

constituants . Cette constante ne dépend que de la température pour une réaction donnée; elle représente par définition la constante de réaction K :

- K = [C][D] / [A][B] = constante à température donnée. Revenant sur l’équilibre d’ionisation de l’acide éthanoïque on fera exprimer la constante de réaction. En faisant remarquer que dans les solutions diluées [H2O] est pratiquement constante, on introduira la notion de constante de réaction réduite Kr que l’on appellera constante d’acidité Ka : En résumé pour l’équilibre : CH3COOH + H2O CH3COO- + .H3O+

On a Ka = Kr = [CH3COO-].[H3O+ ]/ [CH3COOH] Ka est la constante d’acidité de CH3COOH dans l’eau : Ka = 1,6.10-5 à 25°C

177

On définira le pKa par l’expression : pKa = - logKa.

La généralisation pour un couple acide/base quelconque AH/A- donne : Ka = [A-].[H3O+]/[AH] et pKa = - logKa.

La relation pH = pKa + log [A-]/[AH] en sera déduite. A partir d’exemples on procédera à la détermination expérimentale de Ka. L’exploitation de la relation précédente permettra de préciser sur une échelle de pH les

domaines de prédominance de l’acide et de la base conjuguée : dans le domaine où pH < pKa l’acide prédomine ; et là où pH > pKa la base conjuguée prédomine. On expliquera le lien entre la force de l’acide et la constante d’acidité :

- *de deux acides faibles le plus fort est celui du couple dont le Ka est plus élevé (donc le pKa plus faible). - *de deux bases faibles la plus forte est celle du couple dont le Ka est plus faible (donc le pKa plus élevé).

Le professeur donnera quelques exemples de valeurs de Ka et de pKa de couples acide/base ainsi que la classification des couples acide base. Rappeler la définition d'un indicateur coloré et compléter par le fait qu’à un indicateur coloré est associé un couple acide-base dont les formes acide et basique ont des couleurs différentes. NB : La notion de constante de réaction ne sera uti lisée que pour les réactions acido-basique ; par ailleurs toute autre formulation de l a loi d’action de masse est hors programme .

CHAPITRE C8: Réactions acide faible -base forte et acide fort - base faible, dosages, effet tampon Durée : 7h

C L A S S E :T S

Objectifs d’apprentissage Contenus Activités d'appr entissage * Déterminer le point d'équivalence et le point de demi équivalence. * Donner le pH à l’équivalence lors

d'un dosage acide faible-base forte (pHE > 7).

* Donner la valeur du pH à l’équivalence lors d'un dosage acide fort -base faible (pHE <7). * Utiliser une courbe de dosage pour déterminer une concentration. * Déterminer le pKa d’un couple * Choisir un indicateur coloré approprié pour réaliser un dosage * Préparer une solution tampon. * Donner les propriétés d'une solution tampon.

* Réaction acide faible-base forte . - Caractères de la réaction - Courbe pH = f(VB). - Point d'équivalence. - Point de demi équivalence. - Zone tampon. * Réaction acide fort-base faible . - caractères de la réaction Courbe pH = f(VA). - Point d'équivalence. - Point de demi équivalence. - Zone tampon. * Dosage acido-basique . - Utilisation de la courbe de dosage. - Choix d'un indicateur coloré. * Solution tampon .

* Expérience : réaliser le dosage d’un acide faible par une base forte et vice versa puis tracer les courbes pH = f(VB) et pH = f(VA) * Réalisation d’un dosage pHmétrique. * Réalisation d’un dosage colorimétrique. * Préparation d’une solution tampon.

Commentaires


1 Rechercher la définition d’une solution tampon. 2 Le sang humain, par exemple, est tamponné à 7,4 ; si le pH est inférieur à 7,3, le sang élimine difficilement le gaz carbonique des cellules ; si le pH passe au-dessus de 7,7, il cède difficilement le gaz carbonique aux poumons. Lorsque les valeurs du pH sanguin se situent en dehors de la fourchette allant de 7 à 7,8 la mort est inéluctable, expliquer pourquoi.

178

Le professeur commencera par montrer que la réaction entre un acide faible et une base forte

(par exemple la réaction de l'acide éthanoïque avec l'hydroxyde de sodium) est une réaction

exothermique..

Par une démarche analogue à celle qui est adoptée au chapitre précédent on calculera les

concentrations molaires des espèces présentes dans le mélange d’une solution d’acide

éthanoïque et d’une solution d’hydroxyde de sodium de volumes et concentrations connus. Les

résultats obtenus permettront de déduire que lors de ce mélange les ions OH- apportés par la

base réagissent avec les molécules d’acide selon une réaction totale que l’ion traduira par

l’écriture : CH3COOH + OH-……………CH3COO- + .H2O

Ce résultat sera confirmé par le calcul de la constante de réaction pour l’équilibre :

CH3COOH + OH- ……………CH3COO- + H2O

On vérifiera que la constante de réaction vaut : K = Ka / Ke = 10 14 – pKa = 109,8 >103, ce qui

permet de conclure que la réaction est pratiquement totale dans le sens 1(vers la droite ici).

Ce résultat sera généralisé pour la réaction entre un acide faible AH quelconque et une base

forte : AH + OH-…………….A- + H2O

En partant d’une solution d’acide éthanoïque sur laquelle on verse progressivement une

solution de soude de titre connu on étudiera l’évolution du pH au cours de la réaction. Faire

tracer la courbe pH = f(VB), interpréter l'allure de la courbe et la comparer à celle obtenue lors de la

réaction d'un acide fort avec une base forte. Les points d'équivalence et de demi-équivalence seront

déterminés. On en déduira le pKa et le Ka du couple acide/base. Faire remarquer que pHE > 7et en

donner la justification théorique..

Le professeur définira une solution tampon, il en dégagera les propriétés. Il donnera les différentes

méthodes de préparation des solutions tampons.

Les applications des solutions tampons seront indiquées.

En exercice, on traitera le cas de la réaction d'un acide fort avec une base faible. Le caractère total de

la réaction pourrait être vérifié par le calcul de la constante de réaction.

A partir de mesures on fera tracer la courbe pH = f(VA). L'allure de la courbe sera interprétée, les

points d'équivalence et de demi- équivalence seront déterminés, on en déduira le pKa et le Ka du

couple acide/base. On fera remarquer que pHE < 7.

- A titre d’application on montrera comment un dosage pHmétrique permet de déterminer la

concentration d’une solution acide ou basique. Dans le cas de la réaction entre un monoacide et une

monobase la relation CAVA = CBVB qui traduit l’équivalence sera utilisée pour calculer cette

concentration.

Après avoir rappelé qu’à un indicateur coloré correspond un couple acide base, le professeur

mettra en évidence expérimentalement la zone de virage de quelques indicateurs colorés en

précisant les pH limites de celle-ci.

179

Un bref rappel sera fait sur le dosage colorimétrique vu en classe de seconde. On insistera sur le choix

approprié de l'indicateur coloré : sa zone de virage doit englober le pH à l'équivalence pHE.

CHAPITRE C9 : Acides αααα-aminés Durée :5 h C L A S S E : T S

Objectifs d’apprentissage Contenus Activités d'appr entissage * Construire des modèles moléculaires * Donner la formule semi - développée d'un α amino acide. * nommer un acide α aminé Donner la représentation de Fischer d’un acide α aminé Distinguer configuration et conformation. * Citer les espèces majoritaires entre (amphion, acide conjugué, base conjuguée) selon le pH du milieu. * Ecrire les demi-équation protoniques des deux couples acide-base. * Connaître comment bloquer, comment activer un groupement carboxylique. * Ecrire l'équation de la réaction entre deux α amino acides. * Expliquer la formation d'une liaison peptidique.

* Acide αααα aminé ou αααα amino acide.

- Formule semi - développée d'un α amino acide. - Nomenclature - Exemples. * Stéréochimie . - Carbone asymétrique. - Représentation spatiale. - Représentation de Fischer. - Configuration. - Chiralité. - Enantiomères. * Quelques propriétés

- Activité optique - Pouvoir rotatoire. - Configuration D ou L

- Liaison peptidique Amphion ou Zwittérion, acide et base conjuguée

* Polypeptides et protéines .

* Représentation de formules développées. * Représentation spatiale et représentation de Fischer d'un α amino acide. Construction des modèles moléculaires. * Interprétation de la formation de l'amphion, de son acide conjugué et de sa base conjuguée.

Commentaires


On estime qu'il existe environ trente mille protéines différentes chez l'Homme, dont 2% seulement ont été décrites. Chez l'Homme, comme chez tous les êtres vivants, les protéines sont constituées d'une vingtaine d'acides α-aminés différents. Ces acides α-aminés sont liés par des liaisons peptidiques sous forme de longs filaments (chaînes polypeptidiques) 1 Les protéines jouent d’importants rôles dans l’organisme humain. Citer quelques uns de ces rôles. 2 Les peptides et les protéines sont tous formés à partir d'acides α-aminés, ce sont des polypeptides. A quoi tient leur différence? 3 Rechercher la définition et la formule générale d’un acide α-aminé.

Définir un α amino acide, donner sa formule semi-développée. Citer quelques exemples d'acide α

aminé (Glycine, Alanine, Valine, Leucine) et donner leurs symboles respectifs (Gly, Ala, Val, Leu).

L’étude des acides α aminés sera mise à profit pour compléter les éléments de stéréoisomérie

étudiés en classe de première; c’est là un des objectifs assignés au chapitre. S’appuyant sur un

exemple bien choisi de molécule d'acide α aminé on définira les notions de carbone asymétrique,

de chiralité et d’énantiomérie La notion de configuration, la distinction entre configuration et

conformation seront précisées. L’utilisation des modèles moléculaires sera d’un grand recours

pour cette partie.

180

On amènera les élèves à faire la représentation spatiale et la représentation de Fischer de

quelques molécules d’acide α aminé. On précisera les configurations D et L. On expliquera

l'activité optique.

L’étude de l’ionisation de l’acide α aminé en solution aqueuse permettra d’introduire la notion

d'amphion ou de zwittérion. A partir des règles de prédominance le professeur montrera que dans

un milieu très acide la forme prépondérante est l'acide conjugué de l'amphion, dans un milieu très

basique la forme prépondérante est sa base conjuguée, en zone intermédiaire l'espèce majoritaire

est l'amphion.

On expliquera la formation de la liaison peptidique. La synthèse sélective d'un dipeptide sera

expliquée par les possibilités d'activation du groupement carboxylique (sa transformation en

groupement chlorure d'acide), de son blocage (sa transformation en groupement ester), et du

blocage du groupement amino NH2- (transformation en groupement amide).

- Le professeur donnera la structure de quelques polypeptides et protéines en expliquant leur

importance dans la vie : le cours de Sciences naturelles sera d'un grand recours.


1 Synthèse de médicaments.

Lire l’énoncé dans le volet « activités » en fin de document (activité 7)

2 Synthèse de conservateurs : acide benzoïque, aci de sorbique

3 Dosage de la vitamine C (acide ascorbique) dans un jus de citron

181

PROGRAMME DE SCIENCES PHYSIQUES DE PROGRAMME DE SCIENCES PHYSIQUES DE PROGRAMME DE SCIENCES PHYSIQUES DE PROGRAMME DE SCIENCES PHYSIQUES DE

LA CLASSE DE SECONDE LLA CLASSE DE SECONDE LLA CLASSE DE SECONDE LLA CLASSE DE SECONDE L2222


182

SOMMAIRE DU PROGRAMME DE SECONDE L2

HORAIRE : 2 h /élève


CHAPITRE Numéro Titre Horaire P1 L’électricité dans notre environnement 3

P2 Le circuit électrique 5

P8 Notions d’intensité et de tension électriques 6

P4 Mouvements- Vitesse. 5

P5 Interaction entre objets : la force. 3

P6 Le poids – La masse – Relation entre poids et masse

6

Total . 28

PROGRAMME DE CHIMIE

CHAPITRE Numéro Titre Horaire C1 Mélanges et corps purs(introduction aux

sciences) 5

C2 Structure de la matière- Quantité de matière. 6

C 3 Transformations de la matière 5

C4 Solutions acides, basiques et neutres 4

Total . 20

183

REFERENTIELS ET COMMENTAIRES DU PROGRAMME DE SECOND E L2

PROGRAMME DE PHYSIQUE Les compétences

Compétence 1 :

A la fin de la classe de seconde, l’élève ayant acquis les savoirs, savoir-faire et savoir-être

en électricité (électrisation, circuits électriques, intensité, tension, loi d’Ohm) doit les intégrer

dans des situations familières de résolution de problèmes simples d’électrostatique et

d’électrocinétique : installations domestiques, fonctionnement d’appareils électriques

simples, observations de règles de sécurité

Compétence 2 :

A l’issue de la classe de seconde, l’élève ayant acquis les savoirs, savoir-faire et savoir-être

en mécanique (sur les forces, le poids, la masse) doit les intégrer dans des situations

familières de résolution de problèmes.

Les chapitres

PREMIER THEME : ELECTRICITE

CHAPITRE P1 L’électricité dans notre environnement. Durée : 3 h Classe : 2° L


* Distinguer les modes d’électrisation. * Classer les corps dans l’échelle triboélectrique. * Utiliser l’interprétation électronique de l’électrisation. * Utiliser la relation Q = ne. * Distinguer un conducteur d’un isolant électrique. * Analyser un texte scientifique .

* Phénomènes d’électrisation . - Electrisation par frottement. - Electrisation par contact. - Electrisation par influence * les deux espèces d’électricité. - Charges électriques : * Quantité d’électricité : - Coulomb. - Electron. - Proton. * Conducteurs et isolants . . * Histoire de l’électricité

* Expériences d’électrisation : Stylo frotté, pendule électrique, électroscope. * Expériences de mise en évidence des deux espèces d’électricité. * Expériences de distinction entre conducteurs et isolants * Exposé : grandes dates de l’ électricité

184

Commentaires


Fabriquer un versorium.

Pour fabriquer un versorium se procurer d’une gomme rectangulaire, d’une épingle, du papier aluminium et de la pâte à fix. Poser la gomme par sa plus petite face sur un support horizontal fixe. Planter l’une des extrémités de l’épingle sur la face supérieure de la gomme. Découper une petite hélice dans du papier aluminium et la placer sur l’extrémité supérieure de l’épingle entre deux bouts de pâte à fix . L'hélice doit tourner librement ; on peut utiliser du talc pour assurer la libre rotation.

1. Qu’observe- t – on lorsqu’on approche une règle de plexiglas ou de verre frotté du versorium ?

2 Comment s’explique cette observation ? 3. Quelle utilisation pratique fait-on du versorium ? Quel autre appareil est utilisé à cette fin ? Ce chapitre pourrait débuter par la présentation de phénomènes électriques dans la

vie courante : éclair, tube cathodique d’un téléviseur ou d’un oscilloscope, filet d’eau dévié

par un bâton frotté contre de la laine etc.

Les élèves réaliseront quelques expériences sur l’électrisation par frottement, par

contact et par influence. L’interprétation de ces phénomènes conduira à la notion de charges

électriques. Les élèves, par une série d’expériences classeront divers corps en deux

catégories : ceux qui prennent une charge électrique positive et ceux qui prennent une

charge électrique négative. Une brève présentation simplifiée de la structure de la matière

permettra aux élèves de comprendre que l’électrisation est un transfert d’électrons.. Il suffira

d’indiquer que le noyau est chargé positivement et qu’à l’état fondamental l’atome est

électriquement neutre ( Point n’est besoin de faire un développement sur les caractéristiques

des particules atomiques proton et du neutron). Le professeur donnera alors la relation

Q = ne. Le professeur expliquera la notion de conducteur électrique et d’isolant électrique.

Les élèves par une série d’expériences distingueront en conducteur et isolant électrique

plusieurs matériaux tirés de leur environnement.

Le professeur terminera ce chapitre par une présentation sommaire des travaux

d’illustres savants qui ont travaillé en électricité depuis la structure de la matière jusqu’à la

production du courant électrique. Cette histoire de l’électricité vise à montrer aux élèves le

cheminement de la pensée scientifique.

185

CHAPITRE P2 Le circuit électrique. Durée : 5 h Classe : 2° L

Objectifs d’apprentissage Contenus Activi tés d'apprentissage

* Donner les schémas normalisés des différents dipôles. * Donner le schéma du montage d’un circuit électrique. * Retenir les avantages et inconvénients d’un circuit série. * Connaître la nature et le sens du courant électrique. * Connaître les rôles des différents appareils utilisés dans une maison : compteur, disjoncteur, fusibles, boites de dérivation, prises, prise de terre. * Retenir les avantages et inconvénients d’un circuit en dérivation. * Connaître les dangers du courant électrique * Prendre des mesures de précaution contre les dangers du courant électrique.

* Circuit électrique : - Générateur. - Récepteur - Interrupteur - Conducteurs et isolants électriques * Circuit série - Courant électrique : nature et sens * Circuit en dérivation - Nœud, branche, maille. - Court-circuit. * Dangers du courant électrique .

* Réaliser le circuit pile - ampoule électrique. * Réaliser un circuit série. * Montrer l’existence du sens du courant électrique * Réaliser un circuit en dérivation.. * Etudier la maquette du circuit d’une maison. * Etudier les dangers du courant électrique * Etudier le circuit électrique d’une bicyclette.

Commentaires


Etudier la constitution et le fonctionnement d’une lampe torche ou d’un jouet électrique.

Le chapitre débutera par l’association d’une ampoule électrique et d’une pile : Le professeur

montrera sans fil que l’ampoule s’allume sous certaines conditions. Il donnera le schéma

simplifié d’une ampoule en spécifiant les parties conductrices et les parties isolantes et

indiquera le cheminement du courant électrique. IL expliquera la nécessité d’utiliser des fils

de connexions. Avec une pile, une ampoule électrique et un interrupteur les élèves

réaliseront un circuit série. En intercalant divers objets, on distinguera conducteurs et

isolants électriques. Le schéma normalisé d’un circuit électrique sera donné. A l’aide d’une

aiguille aimantée ou d’un petit moteur, le professeur montrera que le courant électrique a un

sens et le précisera. Il donnera la nature du courant électrique Le professeur expliquera les

avantages et les inconvénients du montage en série.

Les élèves réaliseront quelques exemples de circuit en dérivation. On en profitera pour

définir les notions de nœud, branche et de maille. La présentation de la maquette du circuit

électrique de la .maison permettra de montrer les avantages du montage en dérivation. Le

professeur précisera le rôle des différents appareils utilisés pour la réalisation du circuit

d’une maison. Le professeur abordera avec les élèves les dangers du courant électriques et

186

les mesures de précaution à prendre contre ces dangers. Il traitera le circuit électrique de la

bicyclette.

CHAPITRE P3 Notion d’intensité et de tension Durée : 6 h Classe: 2° L


* Utiliser un ampèremètre. * Choisir le calibre le mieux adapté. * Présenter le résultat d’une mesure.. * Utiliser un voltmètre * Choisir le calibre le mieux adapté. * Présenter le résultat d’une mesure. * Utiliser un oscilloscope pur mesurer une tension continue * Reconnaître la caractéristique d’un résistor.

* Intensité - Ampèremètre. - Ampère - Calibre le mieux adapté * Tension - Voltmètre - Volt. - Calibre le mieux adapté - Oscilloscope * Loi d’ohm.

* Mesurer l’intensité du courant dans un circuit. * Mesurer la tension aux bornes d’un dipôle. * Mesurer une tension continue avec un oscilloscope * Tracer la caractéristique U = f(I) ou I = f(U)

Commentaires


1 Recherchez dans votre environnement divers appareils et composants électriques, relevez les indications marquées sur ces appareils.. Quelles grandeurs physiques évoquent ces indications ? 2 Pouvez vous faire fonctionner ces composants électriques ? Attention, pour des raisons de sécurité pour vous et pour éviter de détériorer ces appareils, demandez conseil et assistance à des connaisseurs avant de faire fonctionner ces appareils. A l’aide du circuit pile, ampoule, interrupteur et ampèremètre, les élèves mesureront des

intensités, ils utiliseront différents calibres. Ils découvriront la notion de calibre le mieux

adapté. Ils donneront le résultat d’une mesure

A l’aide du circuit pile, résistor , interrupteur et voltmètre, les élèves apprendront à mesurer

la tension entre les bornes du résistor. Ils utiliseront le calibre le mieux adapté. Ils

présenteront le résultat dune mesure. Ils apprendront à utiliser l’oscilloscope pour mesurer

une tension continue. En travaux pratiques, les élèves vérifieront la loi d’ohm,

traceront la caractéristique U = f(I). Avec le code des couleurs, ils donneront la valeur de

quelques résistances.

187

DEUXIEME THEME : MECANIQUE.

CHAPITRE : P4 Mouvements - Vitesse Durée : 5h Classe : 2° L


Illustrer la notion de mouvement par des exemples. Illustrer la relativité du mouvement par des exemples. Relier la trajectoire d’un mobile au référentiel. Faire un choix judicieux du référentiel et du repère pour l’étude d’un mouvement. Exploiter des enregistrements Distinguer translation et rotation. Déterminer la mesure de la vitesse (calcul, exploitation de documents et d’expériences). Déterminer le vecteur vitesse d’un point mobile. Déterminer la vitesse angulaire ( cas simples).

Mouvement . Exemples. Relativité du mouvement Référentiels. Translation et rotation. .concept de référentiel et exemples (héliocentrique, géocentrique et terrestre ). Repères d’espace et de temps. Trajectoire et référentiel. Translation et rotation. Vitesse . Vitesse d’un point mobile Vecteur vitesse. .Vitesse angulaire

Observations diverses (chute des corps, véhicule, tapis roulant) Observations. Exploitation d’enregistrements (voir documents CN) Observations. Calculs. Exploitation d’enregistrements(voir documents CN). Schématisation.

Commentaires


Mouvement et repos ? Quelle frontière ? Répondre en prenant des exemples dans votre entourage. Pourquoi doit-on choisir un référentiel pour l’étude d’un mouvement ? Citer des exemples de référentiels usuels.

Des exemples familiers aux élèves (bicyclette, chute d’objets, véhicule, tapis roulant…)

pourraient permettre d’illustrer la notion de mouvement et de montrer son caractère relatif.

On justifiera alors la nécessité du choix d’un référentiel pour l’étude du mouvement et par

suite d’un repère.

A partir d’exemples on pourrait faire la distinction entre translation et rotation.

La vitesse pourrait être introduite à partir du mouvement d’un point matériel.

L’exploitation de résultats de mesures ou d’enregistrements devrait permettre d’asseoir les

concepts de vitesse moyenne, vitesse instantanée et vecteur vitesse mais aussi de la notion

de vitesse angulaire et de sa mesure (dans des cas simples de rotation).

188

CHAPITRE : P5 Interactions entre objets : la force . Durée : 3 h Classe : 2° L


Identifier certaines interactions entre objets Distinguer interaction de contact et interaction à distance. Préciser les caractéristiques d’une force. Représenter une force. Illustrer le principe des interactions avec plusieurs exemples.

Interaction entre objets . Interaction de contact Interaction à distance La force Caractéristiques et représentation. Exemples : tension d’un fil ou ressort, réaction. Le principe des interactions Enoncé du principe Exemples d’illustration.

Observations simples Expériences Expériences Schématisation. Illustrations

Commentaires


1 Interactions à distance et interactions de contact : donner des exemples 2 La loi de l’interaction gravitationnelle a été « trouvée » par Issac Newton. Enoncer cette loi. Qui était Newton ? A partir d’observations et d’expériences (raquette-balle de tennis, aimant-aimant, pendule-

pendule ….) on pourrait illustrer /distinguer l’interaction de contact et l’interaction à distance.

Pour des raisons d’ordre pédagogique le phénomène d’interaction sera d’abord étudié entre

objets pris au voisinage immédiat de l’élève ; l’interaction gravitationnelle ne sera étudiée

que plus loin (chapitre suivant)

Le concept de force pourrait être introduit comme représentant l’action que subit un objet en

interaction avec un autre.

Au cas simple d’une action qui s’exerce par l’intermédiaire d’une tige ou d’un câble on

associera une droite d’action (celle de la tige ou du câble), un sens (celui que tend à imposer

cette action) et enfin une valeur. La représentation vectorielle de la force suivra.

Le principe des interactions énoncé et formulé sera illustré par plusieurs exemples.

189

CHAPITRE : P6 Poids , masse d’un corps. Relation poids- masse. Durée :6 h CLASSE : 2° L


Relier le poids à l’interaction gravitationnelle Terre-objet. Préciser les caractéristiques du poids. Représenter le poids. Utiliser une balance. Déterminer la masse volumique. Calculer la densité. Utiliser la relation poids masse. Expliquer la variation du poids. Expliquer les mouvements des planètes autour du soleil, de la lune et des satellites autour de la terre par l’interaction gravitationnelle.

Interaction Terre-objet : Poids d’un corps. Représentation du poids. Masse - . Masse volumique et densité. Définitions. Mesures. Relation poids-masse : Intensité de la pesanteur Thèmes : Mouvements des planètes autour du soleil. Mouvements de la lune et des satellites par rapport à la terre. Mouvements de la terre autour d’elle même et autour du soleil.

Observations. Expériences (détermination caractéristiques du poids) Schématisation. Expérience (mesure de masses, détermination de la masse volumique). Calcul de la densité. Expérience (mesure de poids et masses). Exploitation graphique et calcul. Recherche documentaire Exposés

Commentaires


Dans le langage courant on emploie souvent les mots masse et poids

1 Quelle différence y a-t-il entre ces deux grandeurs ?

2 Sur l’étiquette d’un produit alimentaire on lit « poids net 1 kg ». Cette indication est elle correcte ?

Si oui, justifier la réponse. Dans le cas contraire donner l’indication correcte.

L’interaction gravitationnelle pourrait être abordée avec l’exemple de l’interaction terre- objet

qui permet de présenter le poids ou force de pesanteur (qu’on assimilera à la force de

gravitation terrestre).

Les caractéristiques du poids pourraient être déduites d’observations expérimentales très

simples : direction imposée au fil de suspension d’un objet, chute d’un objet, déformation

provoquée sur un corps. La relation poids – masse pourrait être établie en TP par les élèves

à partir de mesures de poids et masses. La généralisation de l’interaction gravitationnelle

(sans formulation cependant, on pourrait tout au plus informer sur le sens de variation de

l’intensité de la force de gravitation avec la distance) débouche sur la description des

mouvements des planètes autour du soleil et de ceux des satellites autour de la terre (sans

oublier la lune).

190

L’étude de ce thème sera complétée par des activités menées à l’extérieur de la classe

(observations, relevés d’ombres, recherche documentaire..) qui peuvent donner lieu à des

exposés faits par les élèves avec l’assistance du professeur.

Activités d’intégration possibles. 1 Fabriquer un détecteur de corps électrisé

a) Avec le matériel de récupération ci-après, peut-on fabriquer un appareil permettant de

détecter un corps chargé ? Si oui décrire, succinctement le procédé et faire un schéma

annoté.

b) Réaliser le dispositif.

c) Approcher un bâton de plexiglas frotté au dispositif. Décrire ce qui est observé. Expliquer,

schéma à l’appui

Matériel

- bocal en verre isolant muni d’un couvercle métallique,

- du papier aluminium,

- un trombone métallique.

2/ Simulation d’une installation domestique permett ant d’allumer de manière

indépendante trois lampes.

3 Fabriquer un monte- charge

191

PROGRAMME DE CHIMIE

Les compétences

Compétence 4


relatifs à la structure de la matière (connaissance de la matière, techniques de base de la

chimie) doit les intégrer dans des situations familières de résolution de problèmes :

traitement de l’eau, cycle de l’eau, cycle du carbone, mesures préventives contre la

pollution

Compétence 5:


(caractéristiques des transformations, équation - bilan, solutions acides et basiques) doit les

intégrer dans des situations d’explication et de résolution de problèmes :

Les chapitres

CHAPITRE C1 : Mélanges et corps purs. Durée : 5 h Classe : 2° L


Distinguer les deux types de mélanges. Utiliser les techniques de séparation. Distinguer mélange et corps pur (exemple de l’eau). Distinguer corps pur composé et corps pur simple. Identifier le dihydrogène et le dioxygène.

Mélange Mélange hétérogène. Mélange homogène (solution). Techniques de séparation Décantation - Filtration. - Distillation. Corps purs Corps pur. Corps purs composé. Corps simple.

Observations d’eaux, de jus et boissons. Expériences de séparation(eaux ,boissons..) Expérience d’électrolyse de l’eau . Mesures de masses et de volumes (comparaison des masses du même volume d’eau et d’autres liquides).

Commentaires


Recherche sur :

- Le traitement de l’eau.

- Le cycle de l’eau.

Il est essentiel que les élèves « s’approprient » le thème « eau » dès ce premier chapitre.

192

A titre introductif il convient de rappeler que l’eau est le constituant le plus important des

organismes vivants : l’être humain ne peut survivre longtemps sans eau, le corps humain

perd quotidiennement 2 à 3 litres d’eau fournie par les boissons et les aliments; c’est le

liquide le plus répandu dans la nature (la mer recouvre les ¾ de la surface du globe, les

océans contiennent plus de 2 milliards de m3 d’eau salée avec une profondeur moyenne de

4 Km, les continents sont sillonnés par d’innombrables fleuves)

Présenter ainsi l’eau met en exergue son importance et peut susciter chez les élèves le désir

d’en savoir plus sur ses constituants par exemple et donc d’aller plus loin.

Par la suite le cours devra être expérimental et porter précisément sur des manipulations

d’échantillons d’eux naturelles, de jus de fruits et de boissons fabriquées apportés par les

élèves et tirés de leur environnement immédiat.

En TP individuel les élèves seront amenés à observer quelques boissons naturelles ou

fabriquées puis à séparer ces boissons(décanter, filtrer et distiller). Ce qui devra leur

permettre de construire les concepts de mélange hétérogène, mélange homogène, solvant,

soluté et solution.

Il peut être intéressant de présenter le « test de reconnaissance de l’eau » : des cristaux

bleus de sulfate de cuivre chauffés dans un tube à essais se transforment progressivement

en une poudre blanche qui représente du sulfate de cuivre anhydre ; en présence d’eau

cette poudre redevient bleue : « la coloration bleue prise par le sulfate de cuivre permet de

détecter la présence d’eau » .

Il serait prématuré de s’appesantir sur la nature du sulfate de cuivre(on ne saurait le faire

correctement, la notion de corps pur composé est introduite après).

Cependant le test de reconnaissance de l’eau pourrait être utilisé avant et après la distillation

des boissons pour attester de la présence de l'eau dans ces milieux.

On vérifiera qualitativement que les distillats obtenus à partir de l’eau de mer, des puits, des

mares ont des propriétés identiques ; ils représentent de l’eau pure (on se limitera à

comparer les masses d’échantillons de même volume).

L’étude des propriétés de l’eau pure sera également effectuée par comparaison avec celles

d’autres liquides tels que l’alcool éthylique, la glycérine (corps purs incolores comme l’eau) et

le sirop de menthe(mélange homogène) : là également on se limitera à comparer les masses

d’un volume d’eau avec un égal volume de chacun de ces liquides. L’étude des

changements d’état qui sera faite dans le chapitre C3 permettra de préciser d’autres

propriétés de l’eau.

On retiendra que : « le corps pur est caractérisé par des propriétés bien définies ».

L’électrolyse de l’eau avec l’identification des gaz formés permettra d’introduire les notions

de corps composé et de corps simple.

Un corps pur qui ne peut être décomposé en d’autres corps purs est un corps simple.

193

Un corps purs composé par contre peut être décomposé en deux ou plusieurs autres corps

purs.

Le rôle de l’eau dans les organismes vivants, les problèmes de collecte de l’eau, de sa

gestion(conservation, économie), de son recyclage, du traitement des eaux

domestiques(charbon, désinfection), ainsi que la préparation industrielle des boissons

peuvent être recherchés d’abord à travers des activités extérieures à la classe comme les

enquêtes, l’étude de documents écrits ou audiovisuels (encyclopédies, manuels scolaires,

cassettes vidéo, films…..), les visites d’usines et de sites naturels (station d’épuration de

Cambérène, Lac de Guier..)

En classe le professeur aidera, à l’occasion d’exposés préparés et présentés par les élèves, à

organiser ces informations pour en faire la synthèse.

CHAPITRE C2 : Structure de la matière. Quantité de matière. Durée : 6 h Classe: 2° L


Décrire, expliquer, utiliser les propriétés des gaz. Recueillir un gaz. Mettre en évidence les éléments C et H. Donner la répartition des électrons de l’atome(cas simples) Représenter la structure électronique de quelques atomes(cas simples) Ecrire les formules de quelques corps purs(cas simples) Confectionner des modèles moléculaires(à l’aide de la pâte à modeler par exemple : activité en dehors de la classe). Utiliser les grandeurs molaires.

Molécule et élément chimique . Molécule. Elément chimique. Notation chimique. Atome et ion. Dimensions et constituants. Structure électronique(simple). Ion. Structures de quelques corps purs . Corps à structure moléculaire. Corps à structure atomique. Corps à structure ionique. Quantité de matière. Mole - Masse molaire - volume molaire.

Expériences avec les gaz : expansibilité, compressibilité, diffusion (utilisation pour la récupération). Expériences de mise en évidence d’éléments. Schématisation. Utilisation des modèles moléculaires. Schématisation. Ecriture de formules. Détermination de quantités de matière.

Commentaires


1 Recherche documentaire sur l’historique de l’atome

2. Combien d’atomes de fer y a – t -il dans un échantillon d’un mètre cube sachant que la masse

volumique du fer est de 7,8 g. cm-3 et que la masse d’un atome de fer est de 8,9.10-23 kg ?

Ce chapitre prolonge le précédent : après l’obtention des corps purs eau, dihydrogène et

dioxygène il s’agit de se préoccuper de la question de savoir « de quoi sont constitués les

corps purs ? ». Le caractère discontinu de la matière sera alors présenté : on pourrait partir

194

du dihydrogène pour faire noter que « le gaz est formé de petites particules toutes

identiques, animées de mouvements incessants et désordonnés, auxquelles on donne le

nom de molécules ». L’exhalaison d’odeur sera citée pour conforter le caractère discontinu,

granulaire des gaz.

Les molécules de gaz sont relativement éloignées les unes des autres ce qui explique leurs

propriétés particulières : expansibilité, compressibilité, diffusion. Ces phénomènes seront mis

en évidence en classe. Certains liquides sont également constitués de molécules, dans ce

cas les molécules sont encore mobiles mais plus rapprochées. Dans les solides moléculaires

les molécules sont très rapprochées, leurs positions moyennes sont fixes.

La présentation de l’élément chimique devra être simple : des expériences de mise

en évidence pourraient être réalisées (les éléments carbone et hydrogène en particulier

seront mis en évidence). A ce niveau on introduira la notation chimique.

A travers des activités documentaires menées en dehors de la classe l’élève prendra

connaissance de l’abondance relative des éléments dans l’Univers et de la composition des

différentes parties du globe terrestre (Voir documents joints)

L’atome sera présenté comme la « brique élémentaire de la matière » à partir de

laquelle sont constituées les molécules et les ions. Il y aura lieu d’insister sur l’ordre de

grandeur des dimensions et masse de l’atome, c’est l’occasion d’entretenir les élèves des

échelles macroscopique, microscopique ou subatomique.*

En ce qui concerne les constituants de l’atome et sa structure électronique tout

développement théorique est à éviter : les notions de sous couches et nombre quantique

sont hors programme. Pour la répartition des électrons on se limitera à préciser le nombre

maximal d’électrons sur les 3 premiers niveaux (2, 8 et 18 électrons) et l’ordre de

remplissage de ces niveaux par les électrons. La représentation de la structure électronique

de l’atome pourrait se faire en schématisant les niveaux par des tirets..

On ne fera représenter que la structure électronique des atomes : H, He , Li , Be , B , C , N ,

O , F , Ne , Na et Cl.

Une présentation simplifiée du tableau de classification périodique sera faite (activités

documentaires sur l’historique et le remplissage en dehors de la classe, utilisation en

classe).

L’étude de l’atome sera mise à profit pour signaler le caractère « révisable et évolutif » des

modèles scientifiques ; c’est l’occasion de poser les premiers éléments d’épistémologie.

Les structures électroniques des molécules seront traitées avec les exemples

suivants : H2 ; HCl, H2O, NH3, CH4, C2H4, C2H2.

La liaison de covalence sera définie comme une « mise en commun d’électrons » et l’on

distinguera formule brute et formule développée.

195

La construction de modèles moléculaires en classe (comme à l’extérieur de la classe à partir

de modèles conçus par l’élève) permettra de bien illustrer ces structures.

Dans un but purement descriptif les structures de quelques corps seront illustrées à l’aide de

modèles (Documents)

La mole et les grandeurs molaires (masse et volume molaires seulement) sont

introduites comme moyen de comparaison d’échantillons de matière.

Pour ce qui est de la mole divers exemples (pris parmi des échantillons de matière différents

)permettront de montrer que les entités qui la définissent peuvent être, suivant le cas, des

atomes, des molécules, des ions, des électrons, etc…On insistera sur les significations

macroscopique et microscopique des symboles et formules chimiques.

Ce chapitre est long et traite de concepts d’un abord difficile mais dont l’acquisition est

indispensable pour la compréhension de la chimie. Ce qui justifie l’horaire qui lui est imparti.

Il est conseillé de le traiter en 2 ou 3 leçons différentes alternées d’évaluation formative de

manière à assoire progressivement ces connaissances.

CHAPITRE C3 :. Transformations de la matière. Durée : 5 h Classe : 2° L

Objectifs d’apprentissage Contenus Activit és d'apprentissage

Distinguer mélange et corps pur par les températures de changement d’état. Nommer les changements d’état. Distinguer transformations physique et chimique. Se prémunir de mesures de sécurité (CO2 et CO). Distinguer réactifs et produits d’une réaction. Ecrire l’équation-bilan d’une réaction. Interpréter quantitativement l’équation-bilan. Utiliser la conservation de la matière. Prendre des mesures de sécurité. Utiliser, analyser des sources d’information. Décrire le cycle du carbone.

Transformations physiques . Dilatation Changement d’état physique. Transformations chimiques. Combustion du carbone Autres exemples de réactions chimiques. Equation-bilan d’une réaction chimique. Conservation de la matière. Cas des deux types de transformations. Le cycle biogéochimique du carbone.

Expériences (dilatation). Expériences (changement d’états avec l’eau) Expérience(combustion de C avec mise en évidence de CO ) Récupération et mise en évidence de CO2 des boissons. Expériences variées. Ecriture d’équation-bilan. Schématisation. Recherche documentaire.

Commentaires


Recherche documentaire sur :

1 Le cycle du carbone : ressources de carbone, transformations du carbone.

2 Les gaz à effet de serre.

196

La dilatation comme les changements d’état seront illustrés par des expériences simples

(thermoscope, fusion de la glace, vaporisation de l’eau).

Un schéma récapitulatif pourrait être dressé pour les changements d’état.

L’étude des transformations chimiques sera également expérimentale : on traitera des cas

simples sans oublier la combustion du carbone et la synthèse de l’eau.

On insistera sur l’étude comparative des deux types de transformations : modification de la

nature des substances lors de la transformation chimique contrairement à la transformation

physique. Cependant on soulignera la conservation de la matière lors de ses transformations

« rien ne se crée, rien ne se perd ».

Le thème cycle du carbone est assez porteur pour développer à la fois des activités

d’interdisciplinarité et de recherche documentaire.

Le professeur de sciences physiques travaillera en étroite collaboration avec ses

homologues de sciences naturelles et de géographie.

Sur le sujet les élèves peuvent être amenés à réaliser de la recherche documentaire pouvant

porter sur les variétés de carbone, les ressources de carbone, les transformations de ces

ressources, les problèmes de pollution, la destruction de la couche d’ozone de l’atmosphère

par l’effet de serre et ses conséquences etc (Voir documents joints)

CHAPITRE C4 : Solutions acides, basiques, ou neutres. Durée : 4 h CLASSE : 2° L


Identifier le caractère acide, neutre ou basique d’une boisson à l’aide du BBT. Identifier le caractère acide, neutre ou basique d’une boisson à l’aide du pH. Savoir utiliser l’importance du pH dans la vie courante. Distinguer les métaux attaqués par les acides chlorhydrique et sulfurique dilués à froid. Protéger des métaux.

Acidité , basicité et neutralité. Acidité et bleu de bromothymol. Boissons acides, basiques ou neutres. Utilisation du pH . Acidité et pH. pH de quelques boissons naturelles ou fabriquées. Autres propriétés des solutions acides et basiques. Sol acides : action sur les métaux(Zn , Fe et Cu) Sol basiques : action sur les ions métalliques.

Expériences(utilisation du BBT) Expériences(mesures de pH). Tableau de comparaison. Expériences (sol. acides sur Zn , Fe et Cu). Expériences(sol. basiques sur Zn2+, Cu2+, Fe3+ et Fe2+ )

Commentaires


1 Les pluies acides : - Qu’est ce que c’est ? - Qu’elles en sont les causes ? - Quelles sont les conséquences ? 2 Les détartrants : - Quelle est leur nature ? - Quelle utilisation pratique en fait-on ?

197

L’étude doit être expérimentale et dénuée de tout développement théorique : on doit

chercher à rendre la chimie à la fois attrayante et utile au lieu de rebuter les élèves avec des

équations de réactions compliquées (dans les cas d’espèce on écrira pas les équations de

réaction des acides sur les métaux).

Le caractère acide ou basique d’une solution, la notion de pH comme l’action des solutions

acides et basiques sur les métaux ou ions métalliques seront traités en TP individuel.

L’action de quelques gouttes de BBT sur des boissons naturelles et fabriquées permet de

répartir celles-ci en trois catégories : solutions jaunes, vertes et bleues ( la présence de

colorants peut masquer la couleur escomptée).

La couleur jaune que revêt une solution avec le BBT sera présentée comme le premier

critère d’acidité. : « une solution qui vire au jaune avec le BBT est acide ».

La mesure du pH sera présentée comme le second critère d’acidité : il s’agira de mesurer le

pH des solutions précédentes à l’aide du papier pH ou du pH- mètre(brève présentation)

pour conclure : « PH < 7 solution acide ; pH= 7 solution neutre ; pH >

7 solution basique ».

Un tableau récapitulatif de catégorisation des boissons naturelles et fabriquées pourrait être

dressé par les élèves (Voir documents)

A titre d’applications et d’activités de recherche on traitera de l’importance du pH notamment

en biologie, des mesures de sécurité à prendre pour l’alimentation et l’utilisation des

médicaments, du problème des pluies acides, de leurs causes, leurs conséquences sur

l’environnement , du problème de la corrosion des métaux et de leur protection.


1 Vérification des indications de l’étiquette d’une bouteille d’eau minérale

A partir de l’étiquette d’une bouteille d’eau minérale, relever ou écrire la formule de tous les

ions contenus dans cette eau.

Réécrire les indications portées par l’étiquette en remplaçant les concentrations massiques

par les concentrations molaires.

Vérifier que cette solution est électriquement neutre.

2 Qualité d’une eau potable.

198


DE LA CLASSEDE LA CLASSEDE LA CLASSEDE LA CLASSE DE PREMIERE L2 DE PREMIERE L2 DE PREMIERE L2 DE PREMIERE L2

A o û t 2 0 0 8A o û t 2 0 0 8A o û t 2 0 0 8A o û t 2 0 0 8

199

S O M M A I R E D U P R O G R A M M E D E P R E M I E R E L 2

H O R A I R E : 2 h / E L E V E PROGRAMME DE PHYSIQUE

CHAPITRE HORAIRE(h)

Numéro Titre

P1 Etude expérimentale de la chute libre 4

P2 Travail et puissance 4

P3 Energie cinétique 4

P4 Energie mécanique. 4

P5 Etude expérimentale des lentilles minces 4

Total . 20

CHIMIE

CHAPITRE HORAIRE(h)

Numéro Titre

C1 Généralités sur la chimie organique. 4

C2 Les alcanes 4

C 3 Les chaînes carbonées insaturées : alcènes et alcy nes. 4

C4 Les composés organiques oxygénés.* 4

C5 Réaction d’oxydoréduction ion métallique/métal. 4

C6 Piles électrochimiques : étude de la pile Daniell 4

Total 24

200

PP RR OO GG RR AA MM MM EE DD EE PP HH YY SS II QQ UU EE Les compétences d’année.

Compétence 1

A l’issue de la classe de première L, l’élève ayant acquis les savoirs, savoir-faire et savoir-être

(différentes formes d’énergie, leurs transformations réciproques, variation, conservation de

l’énergie), doit les intégrer dans des situations familières de résolution de problèmes : transfert

par chaleur, par travail, prévision et étude du fonctionnement de systèmes conservatifs,

dégradation de l’énergie.

Compétence 2

A la fin de la classe de première L, l’élève ayant acquis les savoirs savoir-faire, savoir-être en

optique (lentilles minces) doit les intégrer dans des situations familières de résolution de

problèmes liés au cheminement de la lumière dans des milieux optiques simples : lentilles, œil,

loupe, microscope.

Les chapitres

M E C A N I Q U E – E N E R G I E

CHAPITRE P1 Etude expérimentale du mouvement de chute libre. Durée :4 h C L : 1 L 2

Objectifs d’apprentissage Contenus Activités d'appr entissage * Exploiter des enregistrements sur la chute libre. • Appliquer les équations

horaires de la chute libre. * Appliquer la relation entre la

vitesse et la hauteur de chute.

* Chute libre . - Lois de la chute libre - Equations horaires(z = 1/2.g.t2 et v = g.t). - Relation :V 2 = 2gz. - Accélération de la pesanteur.

* Expérience de chute libre. * Tracé de la courbe z = f (.t2) et en déduire g. * Relation V 2 = 2gz. . * Exploitation d’enregistrements graphiques d'un mouvement de chute libre.

Commentaires


D’une hauteur h du sol, abandonner une bille sans vitesse initiale, mesurer la durée t de chute. Répéter une dizaine de fois l’expérience en faisant varier h. Dresser un tableau de nombres où seront consignées les valeurs de h et celles de t. 1 Tracer la courbe h = f (t2). Conclure. 2 En déduire la valeur de l’accélération de la pesanteur du lieu.

201

- Ce chapitre ne doit pas être une reprise des généralités sur le mouvement du point étudiées en

classe de seconde. Il fait cependant le lien entre le programme de mécanique de la classe de

seconde et la rubrique “énergie " du programme de première ; il en assure la continuité.

- Il est important de souligner le fait que les élèves, à ce niveau, ne possèdent pas les outils

mathématiques qui puissent leur permettre de suivre un enseignement théorique de la

cinématique. Il est donc essentiel de procéder par une étude expérimentale comme indiqué par

le titre.

- Plusieurs moyens permettent une telle étude pour la chute libre, on peut citer entre autres :

appareil de chute avec chronomètre électronique, expérience de chute assistée à l'ordinateur,

chronophotographie etc... A défaut de pouvoir réaliser concrètement l'étude expérimentale, on

pourrait exploiter des enregistrements (doc. P1)*.

- A partir de l'expérience ou d'une exploitation de documents on déduira pour la chute libre sans

vitesse initiale la nature du mouvement ainsi que les lois horaires (z = 1/2.g.t2 et v = g.t) et la

relation :V 2 = 2gz.

- On ne manquera point de donner la signification physique de l'accélération de la pesanteur.

On se limitera uniquement à l'étude de la chute lib re sans vitesse initiale. La chute libre

avec vitesse initiale non nulle sera étudiée en cl asse de terminale.

CHAPITRE P2 Travail et puissance Durée :4 h C L : 1 L 2

Objectifs d’apprentissage Contenus Activités d'appr entissage * Calculer le travail d'une force d'intensité constante. * Calculer une puissance moyenne. * Calculer une puissance instantanée. * Donner des ordres de grandeur de quelques puissances.

* Travail . - Travail moteur. - Travail résistant. - Travail nul. - Travail du poids * Puissance . - Puissance moyenne. - Puissance instantanée.

* Expressions de certains travaux (travail d’une force constante, travail du poids) .

Commentaires


1 Travail et puissance, quelles significations donner à ces notions ? 2 Quelles différences y a – t – il entre force et travail ? Existe – t –il une relation entre ces deux grandeurs ? 3 Qu’est ce que c’est le Cheval-vapeur ? Donner en CV la puissance de quelques appareils et moteurs électriques.

- Le chapitre pourrait être introduit par l'analyse de diverses situations dans lesquelles le mot

travail est utilisé dans le langage courant.

- Par la suite on insistera sur la différence entre ce sens commun du travail (effort physique) et la

grandeur physique "travail" : "une force effectue un travail quand son point d'application se

202

déplace". Les facteurs dont dépend le travail seront dégagés à partir de l'analyse d'exemples de

mouvements de translation familiers tels que mouvement d'un seau d'eau tiré par une corde. On

en viendra par la suite à la formulation. Le travail d'une force constante sur un déplacement

rectiligne sera défini comme un produit scalaire : W(A→ B(F) = F .AB

- On généralisera à un déplacement quelconque en introduisant la notion de travail élémentaire.

Dans ce cadre on montrera que le travail du poids d'un corps entre deux positions d'altitude z1

et z2 est donné par l'expression :

WP = -mg ∆z ; ce travail est indépendant du chemin suivi le poids est une force conservative. On

distinguera travail moteur (Wm), travail résistant (Wr) et travail nul.

- Le calcul du travail d'une force variable est hors programme.

- On définira la puissance moyenne développée Pm= W / t et la puissance instantanée P = F.V.

- Le chapitre pourrait être clos par la donnée de quelques ordres de grandeurs de puissances.

CHAPITRE P3 : Energie cinétique Durée :4 h C L : 1 L 2

Objectifs d’apprentissage Contenus Activités d'appr entissage * Donner les expressions de

l’énergie cinétique. * Connaître les unités d'énergie et de moment d'inertie. * Calculer des énergies cinétiques. * Appliquer le théorème de l'énergie cinétique à un système donné.

* Energie cinétique . - Energie cinétique de translation. - Energie cinétique de rotation. - Moment d'inertie d'un solide par

rapport à un axe ∆. * Théorème de l’énergie cinétique .

.* Les expressions de l’énergie cinétique. * Détermination de la variation d'énergie cinétique d'un solide, à partir d'un enregistrement graphique. * Vérification du théorème de l'énergie cinétique à partir de la chute libre

Commentaires


1 Qu’est ce que c’est l’énergie? Quelles idées avez-vous de l’énergie ? 2 L’énergie ne peut ni se créer, ni se perdre, elle se transforme. Nommer ce principe. L’illustrer qualitativement par des exemples.

- Tout au début de ce chapitre, il est nécessaire d'introduire le concept d'énergie et quelques

notions connexes. Il s'agit de préciser aux élèves, à partir d'observations familières, le concept

d'énergie, de citer quelques formes d'énergie ainsi que les transferts d'énergie entre systèmes et

les transformations d'énergie. A travers ces exemples, on insistera sur deux formes importantes

d'énergie : énergie cinétique et énergie potentielle.

- Par la suite, s'intéressant à l'énergie cinétique, on en donnera l'expression pour le solide en

translation et pour le solide en rotation autour d'un axe fixe. On donnera les propriétés de

l'énergie cinétique : grandeur scalaire positive dont la valeur dépend du référentiel mais ne

donne aucune information sur le sens et la direction du mouvement.

203

- NB : La recherche d'une expression quantitative de l'énergie cinétique d'un solide en translation

peut être menée par l'exploitation d'un document (doc. P3). Le moment d'inertie d'un solide en

rotation sera introduit sans démonstration. On en donnera cependant la signification physique.

On admettra les expressions des moments d'inertie d'un cerceau, disque, cylindre, sphère

homogènes par rapport à un axe passant par leur centre. Le théorème de Huygens est hors

programme.

- Le théorème de l’énergie cinétique pourra être établi à partir de la chute libre ; on l'énoncera

dans le cas général.). On l'appliquera à d'autres systèmes ; ce faisant on insistera sur son

importance dans la résolution des problèmes de mécanique.

CHAPITRE P4 : Energie mécanique Durée :4 h C L : 1 L 2

Objectifs d’apprentissage Contenus Activités d'appr entissage * Déterminer l’énergie potentielle. * Enoncer le théorème de l'énergie potentielle. Appliquer le théorème de l'énergie potentielle. * Enoncer le théorème de l'énergie mécanique.

* Appliquer le théorème de l'énergie mécanique

* Energie potentielle . Etat de référence. Energie potentielle de

pesanteur. Energie potentielle élastique.

- Energie potentielle de torsion. - Variation de l’énergie potentielle * Energie mécanique .

- Système conservatif. Théorème de l'énergie

mécanique. Conservation de l'énergie mécanique..

*Exploitation d’enregistrements. * Vérification du théorème de l’énergie potentielle à partir d’enregistrements ou de mesures. * Vérification du théorème de l'énergie mécanique à partir d’enregistrements ou de mesures.

Commentaires


1 Visite à la centrale de Bel Air : installations, mode de production, capacité de production d’électricité. 2 Faire une étude comparative des centrales hydroélectriques et des centrales nucléaires (principes et puissances)

- Un retour, sur quelques exemples simples de formes d'énergie vus au chapitre précédent,

permettra de rappeler que l'énergie potentielle d’un système est l'énergie en "réserve" liée aux

positions des différentes parties du système. Dans la suite, s'intéressant au système (Terre-objet)

on donnera sans démonstration l'expression de l'énergie potentielle de pesanteur Epp = mgz + cte.

On insistera sur le fait que l'énergie potentielle de pesanteur est définie à une constante près et

l'on montrera comment la valeur de cette contante est déterminée par le choix de la "référence"

(état pour lequel Ep = 0) et de l'origine de l'axe des côtes. On montrera aussi comment la variation

d'énergie potentielle de pesanteur est indépendante de ce choix ; on établira la relation ∆Epp = -

W(P).

204

- L'énergie potentielle élastique du système ressort-masse, et celle d'un pendule de torsion seront

exprimées sans démonstration; la relation générale : ∆Ep = - W( fic) sera admise, fic étant la force

intérieure conservative. On insistera sur les concepts de forces intérieures et forces extérieures et

l'on montrera qu'ils dépendent des limites du système choisi.

- Après avoir défini l'énergie mécanique, on établira l'expression de sa variation. On étudiera alors

sa conservation dans certains cas simples ( pendule élastique horizontal ; pendule pesant…). Les

notions de barrière de potentiel et de puits de potentiel seront traitées en exercices.

- On fera découvrir la dégradation de l'énergie mécanique dans le cas de systèmes réels.

205

CHAPITRE P 5 : Etude expérimentale des lentilles minces Durée :4 h C L : 1 L 2

Objectifs d’apprentissage Contenus Activités d'appr entissage * Connaître les critères pour

identifier une lentille. * Retenir les caractéristiques de l’image d’un objet par une lentille convergente ou une lentille divergente. * Distinguer foyer objet et foyer

image. * Déterminer une distance focale. * Construire l’image d’un objet

réel par une lentille mince convergente, par une lentille mince divergente.

* Appliquer les formules de conjugaison.

* Déterminer les caractéristiques d'une image (réelle/virtuelle, droite/renversée, plus grande/plus petite que l'objet.)

* Calculer et/ou mesurer sur un schéma, un grandissement.

* Lentille mince convergente, Lentille mince divergente .

.- Axe optique principal, axe secondaire.

- Centre optique. - Foyer objet, foyer image. - Plan focal objet. - Plan focal image. - Distance focale. - Vergence. - Grandissement. .* Oeil et vision

* Identification d’une lentille convergente, divergente.

* Formation d’image à l'aide d'une lentille convergente.

* Mesure de distance focale d'une lentille convergente.

* Vérification expérimentale des formules de conjugaison pour une lentille mince convergente.

* Observation d’image virtuelle (fonction loupe).

Commentaires


1. L’œil est une boule de volume moyen 6,5 cm3, dont la masse est de l’ordre de 7,5 g. C’est l’œil qui nous apporte les informations les plus importantes du monde qui nous entoure. Faire des recherches sur le cheminement de la lumière qui pénètre dans l’œil et le traitement de ces informations 2 Visite chez un opticien : les verres correcteurs (les types de verre et leurs utilisations).

- Comme indiqué par le titre, cette partie devra être traitée de façon expérimentale. On évitera de rebuter les élèves par des considérations de géométrie. Il est recommandé de faire un TP cours; le Kit Optic présente l’avantage, pour cela, d’être simple, manipulable par les élèves et peu encombrant.

- Par leur action sur un faisceau de lumière parallèle on définira lentilles convergentes et lentilles divergentes. On mettra en évidence les caractéristiques des deux types de lentilles : axe optique, centre optique, foyers objet et image, distance focale, vergence...

- On visualisera l’image d’un objet donné par une lentille. A ce propos on traitera différents cas et l’on fera découvrir les caractéristiques de l’image (nature, taille) et le grandissement. Les formules de conjugaison que l’on établira seront utilisées pour retrouver les caractéristiques de l’image par le calcul. On insistera également sur les procédés graphiques utilisables pour la construction de l’image. En travaux dirigés on pourrait faire recours à des procédés graphiques pour traiter des cas simples d’association de lentilles.

- On fera l’application des lentilles à l’oeil et la vision.


1 Etude d’un rétroprojecteur Lire l’énoncé dans le recueil « activités » en fin de document (activité 1)

2 Etude d’un barrage hydraulique Lire l’énoncé dans le recueil « activités » en fin de document (activité 8)

206

PP RR OO GG RR AA MM MM EE DD EE CC HH II MM II EE

Les compétences d’année en chimie Compétence 3

A la fin de la classe de première L, l’élève ayant acquis les savoirs, savoir-faire et savoir- être en

chimie organique (alcanes, alcènes, alcynes, composés oxygénés) doit les intégrer dans des

situations familières de résolution de problèmes : reconnaissance, caractérisation simplifiée de

quelques composés oxygénés.

Compétence 4

A la fin de la classe de première L, l’élève ayant acquis les savoirs, savoir-faire et savoir- être en

électrochimie (réactions rédox, propriétés métalliques, piles électrochimiques) doit les intégrer

dans des situations familières de résolution de problèmes : utilisation, applications diverses.

Les chapitres

P r e m i è r e p a r t i e : C H I M I E O R G A N I Q U E

L’enseignement de la chimie à ce niveau demeure expérimental. Beaucoup d’expériences sont

réalisables avec des composés organiques d’usage courant.

Tout au long de cet enseignement on cherchera à ordonner les connaissances, les structurer pour

aider à mieux les comprendre et par suite les fixer.


CHAPITRE C1 : Généralités en chimie organique Durée :4 h C L : 1 L 2

Objectifs d'apprentissage Contenus Activités d'appr entissage * Retenir la valence d’un élément. * Connaître d’autres méthodes

d’analyse (spectros-copie...) * Appliquer les résultats de

l’analyse quantitative pour déterminer la formule brute d’un composé organique.

* Déterminer les formules développées correspondant à une formule brute.

* Objet de la chimie organique . - Atome de carbone. - Valence d’un élément. * Hydrocarbure . * Analys qualitative et analyse

quantita-tive . - Formule brute d’un composé

organique - Formules développées. - Isomérie plane : isomérie de fonction, isomérie de position, isomérie de chaîne.

* Expériences : combustion, pyrolyse. * Utilisation de modèles moléculaires.

207

Commentaires Activités préparatoires possibles

Le carbone : 1 Décrire une expérience simple permettant de mettre en évidence la présence du carbone dans une substance. 2 Mener une recherche documentaire sur : - les ressources de carbone. - le cycle du carbone

- La présentation de quelques composés organiques d’usage courant et leur analyse qualitative

(par combustion dans le dioxygène ou par pyrolyse) permettront d'aboutir à la définition d'une

substance organique et par suite à celle de la chimie organique. On distinguera chimie organique

et chimie inorganique. On insistera sur la variété des composés organiques et les nombreux

champs d’application de la chimie organique.

- On montrera comment cette variété est liée à la particularité de la structure électronique de

l’atome de carbone ; on signalera la tétravalence de l’atome de carbone et la prépondérance de la

liaison de covalence. On rappellera les valences des principaux éléments présents dans les

composés organiques et les types de liaisons covalentes correspondants (simple, double et triple).

- A partir des résultats de l'analyse quantitative et de la donnée de la masse molaire d’une

substance on établira la formule brute correspondante.

- On montrera qu'à une formule brute peuvent correspondre plusieurs formules développées

différentes ; ce qui permettra d'introduire la notion d'isomérie plane.

- Les notions de chaîne carbonée linéaire, ramifiée, cyclique seront précisées.

- NB : Dans ce chapitre on ne se préoccupera pas de la géo métrie des molécules

CHAPITRE C2 : Les alcanes Durée :4 h C L : 1 L 2

Objectifs d’apprentissage Contenus Activités d'appr entissage * Ecrire les équations-bilans des

réactions de combustion. * Ecrire les équations-bilans des

réactions de substitution. * Utiliser les équations-bilans. * Citer quelques applications des alcanes et des dérivés halogénés. * Prendre des précautions lors de

l'utilisation de produits inflammables (les éloigner des sources de chaleur...).

* Prendre des précautions lors de l'utilisation de gaz toxiques tels que le chlore, l’ammoniac(manipuler sous la hotte.)

* Alcanes . - Formule brute générale d’un

alcane. - Cyclanes. - Règle de nomenclature des

alcanes. - Chaîne principale et chaîne

ramifiée. - Formules développées. - Formules semi-développées. - Carbone tétragonal. - Radical alcoyle ou alkyle * Réactions de destruction . * Réactions de substitution . - Halogénation. - Dérivés halogénés. - Substituants.

* Représentation spatiale des alcanes.

* Combustion d’alcane dans le dioxygène.

* Combustion d’alcane dans le dichlore.

* Réaction de substitution d'un alcane par un halogène (dichlore ou dibrome).

* Utilisation de modèles moléculaires.

208

Commentaires


Recherche documentaire sur le pétrole et les gaz naturels

- Un des objectifs de ce chapitre est d’élargir et d’approfondir les connaissances de base nécessaires à l’apprentissage de la chimie organique.

- La nomenclature systématique des alcanes doit être exposée avec la plus grande clarté. - On veillera à préciser les notions de chaîne principale et ramification ainsi que les règles de

numérotation de la chaîne principale. La formule brute générale, les formules semi-développées possibles et la structure des alcanes devront être précisées et étayées d’exemples. - La notion de “carbone tétragonal” est à préciser ;

- Pour la description des structures les modèles moléculaires pourraient être avantageusement

utilisés.

- Les réactions de destruction et de substitution seront étudiées expérimentalement. Pour la plupart des expériences on peut utiliser le butane qu’on peut prélever d’une bonbonne de gaz

domestique (ou d'un briquet). - Les mécanismes réactionnels sont hors programme mais on veillera à préciser que lors des

réactions de substitution la structure du squelette carboné est conservée ; ce qui n’est pas le cas lors des réactions de destruction en particulier la réaction de combustion dans le dioxygène ou

oxydation brutale.

- On parlera du caractère exothermique des réactions de combustion des alcanes et l'utilisation qui est faite de la chaleur de réaction dans la vie courante.

- Si cela n’a pas été fait dans le chapitre précédent on indiquera les différentes sources d’hydrocarbures ; l’exploitation de ces sources pourraient faire l’objet d’exposés par les élèves.

CHAPITRE C3 : Les chaînes carbonées insaturées : les alcènes et les alcynes

Durée :4 h C L : 1 L 2


* Connaître la structure de la double liaison et de la triple liaison

* Connaître les propriétés chimiques des alcènes et des alcynes.

* Nommer les produits formés. * Connaître l’utilité des produits formés. * Ecrire les équation-bilan. * Ecrire les formules semi-développées de certains polymères.

* Alcènes et alcynes . - Exemples et formule générale - Règle de nomenclature des

alcènes et des alcynes. . * Réaction d’addition . * Réaction de polymérisation .

* Réactions d’addition * Réactions de polymérisation. * Utilisation de modèles moléculaires.

209

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Le polyacétate de vinyle, le polychlorure de vinyle et le polyacrylonitrile sont des polymères. 1 Pour chacun des polymères préciser le monomère (nom et formule semi-développée) 2 Rechercher les utilisations faites de ces polymères.

- Il s’agit moins de faire l’étude des alcènes puis celle des alcynes que de procéder à une étude

générale qui puisse faire ressortir les propriétés communes des deux familles. Il ne s'agit pas non

plus de faire une étude monographique à ce niveau. On dégagera expérimentalement chacune

de ces propriétés à partir d'alcènes et d'alcynes d'usage courant (éthylène, acétylène).

- Les formules générales, les règles de nomenclature seront précisées.

- L’étude des structures reste descriptive et doit s’appuyer sur l’utilisation de modèles

moléculaires.

- L’étude des propriétés chimiques des chaînes insaturées sera expérimentale. On pourrait

commencer par la préparation d’un exemple d’alcène et d’alcyne (éthylène par déshydratation de

l’éthanol, acétylène par action de l’eau sur le carbure de calcium). Les composés préparés seront

utilisés pour réaliser :

* quelques réactions de destruction : combustion dans le dichlore, le dioxygène.

* des réactions d’addition : on insistera sur la variété des réactions d’addition.

- On étudiera les réactions de polymérisation : on soulignera l’importance de ce type de réaction

notamment dans l’industrie.

CHAPITRE C4 : Les composés organiques oxygénés. Durée :4 h C L : 1 L 2

Objectifs d’apprentissage Contenus Activités d'appr entissage * Retenir les règles de nomenclature d’un alcool, d’un aldéhyde, d’une cétone. d’un acide carboxylique, d’un ester. * Distinguer les aldéhydes des

cétones par des tests d’identification.

.

* Alcool, aldéhyde, cétone, acide carboxylique, ester . - Formule brute, groupement caractéristique des composés : alcool, aldéhyde, cétone, acide carboxylique et ester *Tests (DNPH, réactif de Schiff, liqueur de Fehling ).

* Utilisation des modèles moléculaires.

* Ecriture des groupements caractéristiques des composés organiques oxygénés : alcool, aldéhyde, cétone, acide carboxylique et ester Tests d’identification des

aldéhydes et des cétones.

Commentaires


L’alcool chirurgical vendu en pharmacie et utilisé comme antiseptique, est une solution d’éthanol. Il est aussi utilisé en pharmacie comme solvant 1. L’éthanol n’est en fait qu’un alcool parmi d’autres. Quel est le groupement fonctionnel d’un alcool ? Donner d’autres exemples d’alcools (formules et noms). 2 Où trouve-t-on des alcools ? 3 Quels sont les domaines d’utilisation des alcools ?

210

- Un des objectifs assignés à ce chapitre est de pouvoir caractériser quelques composés

organiques oxygénés par leur groupement caractéristique, leur formule et leur nom.

- Un déroulement possible est de sérier clairement ces composés avant l'étude de leurs propriétés.

A cette fin on présentera :

* les composés organiques dont la molécule comporte un atome d'oxygène : alcool (liaison

simple - O -) d'une part, aldéhyde et cétone (liaison double C = O) d'autre part

* les composés dont la molécule comporte deux atomes d'oxygène : acide carboxylique et ester

.

- Au cours de cette présentation on donnera les règles de nomenclature ; pour les alcools on

distinguera les trois classes. Dans la suite quelques propriétés de ces composés feront l'objet

d'une étude expérimentale. On fera les tests d'identification des aldéhydes et cétones et

l’oxydation ménagée des alcools.

- A travers cette étude l'accent sera mis sur l'utilisation courante des composés organiques

oxygénés : alcootests, parfums, savons, médicaments etc.

Activités d’intégration possibles 1 Identification d’une substance

Un flacon porte sur son étiquette la seule mention C3H6O et contient un liquide pur incolore.

1 Etablir les formules semi-développées correspondant à cette mention.

2 Le composé comporte une double liaison C = O en bout de chaîne. Proposer un

ensemble de tests permettant de l’Identifier et réaliser ces tests (tous les réactifs

nécessaires sont disponibles au laboratoire, on consultera éventuellement les documents

précisant les procédés de caractérisation des familles de composés organiques

oxygénés étudiés en classe)..

Organigramme sur les composés organiques étudiés.

211

D e u x i è m e p a r t i e : O X Y D O R E D U C T I O N

Dans toute cette partie les expériences à réaliser nécessitent des conditions simples à réunir :

- moyens matériels non sophistiqués, peu onéreux : verrerie ordinaire, solutions diluées de sels

métalliques,

- protocole expérimental simple : contact direct des réactifs sans chauffage ni refroidissement le

plus souvent ; bon nombre de ces expériences sont faisables en tubes à essais et ne présentent

aucun danger.

C'est l'occasion de faire manipuler les élèves pour donner à la chimie encore une fois l'image qui

lui sied.

CHAPITRE C5 Réaction d’oxydoréduction ion métallique métal


Objectifs d’apprentissage Contenus Activités d'appr entissage * * Ecrire l’équation-bilan d’une réaction d’oxydoréduction . * Ecrire les demi-équations

électroniques pour des couples ion métallique métal

.

* Réaction d’oxydoréduction . * Couple oxydant-réducteur ion métallique /métal . - Demi-équation électronique.

* Exemple de réaction entre ion métallique et métal * Mise en évidence de quelques couples oxydant-réducteur.

Commentaires Activités préparatoires possibles

1 Où trouve-t-on du fer ? du zinc ? du cuivre ? de l’aluminium ? 2 Le fer rouille à l’air. Qu’en est –il du cuivre ? du zinc ? de l’aluminium ? 3 Quels sont procédés utilisés pour protéger, de la corrosion, un métal tel que le fer?

- A titre introductif on pourrait :

* présenter brièvement les métaux en insistant sur leur caractère électropositif conséquence

d'une structure électronique particulière,

* rappeler, expériences à l'appui, les caractéristiques de quelques ions : couleur en solution

aqueuse, tests d'identification. La caractérisation des ions étudiée en classe de seconde prend ici toute son importance.

- Dans l'ordre on présentera les notions de réaction d'oxydoréduction et de couple oxydant-réducteur ion métallique/métal. L'action d'un métal tel que le zinc sur la solution de l'ion d'un

autre métal tel que l'ion Cu2+ permettra de définir l'oxydation, la réduction et la réaction d'oxydoréduction. La réaction d'oxydoréduction sera interprétée à ce niveau comme un transfert

d'électrons du métal (le réducteur) à l'ion métallique (l'oxydant). - La notion de couple oxydant-réducteur sera déduite de la mise en évidence expérimentale de la

réduction d'un ion métallique en métal et de la transformation inverse. - On généralisera aux autres métaux et l'on traduira par la demi-équation électronique :

M n+ + n e- M

212

CHAPITRE C6 : Piles électrochimiques : exemple de la pile Daniell


Objectifs d’apprentissage Contenus Activités d'appr entissage * Expliquer le fonctionnement de

la pile Daniell * Ecrire l'équation-bilan de la

réaction d’une pile. * Expliquer qualitativement le fonctionnement des piles usuelles

* Pile.Daniell - Constitution - Fonctionnement - Caractéristiques : f.e.m,

résistance * Autres piles • - piles sèches • - utilisation

* Réalisation de la pile Daniell * Mesure de la f.e.m d’une pile.

Commentaires


Pile Daniell, pile Volta, pile Leclancher, pile Sigelec : rechercher les constituants, les caractéristiques et l’utilisation faite de ces piles.

- La pile Daniell sera réalisée et son fonctionnement expliqué ; on montrera en particulier que le

bilan des réactions d'électrodes correspond à la réaction spontanée qui a lieu entre les couples

Cu2+/Cu et Zn2+/Zn.

- Cette réaction, comme déjà vue, est assortie d'une énergie chimique laquelle est convertie ici en

énergie électrique, une partie est perdue sous forme calorifique dans les différentes sections du

circuit .

- Se servant de la pile Daniell comme prototype on réalisera, en TP, diverses piles dont on

déterminera les polarités et la valeur de leur f.e.m. On donnera à l'appui le schéma

conventionnel.

- Les piles sèches seront étudiées de manière qualitative : on amènera les élèves à reconnaître

les différentes parties constitutives, le fonctionnement sera expliqué par analogie avec la pile

Daniell (oxydation au pôle négatif, réduction au pôle positif sans écriture des réactions

d’électrodes). On insistera sur l’importance des piles et leur utilisation.


1 Identification de solutions

Lors d’une séance de TP, un groupe d’élèves a préparé dans des erlenmeyers une solution de

sulfate de fer (II), une solution de nitrate d’argent et une solution de sulfate de zinc. Le groupe a

oublié d’étiqueter les erlenmeyers.

Proposer un minimum de tests permettant d’Identifier les trois solutions et réaliser ces tests (tous

les réactifs nécessaires sont disponibles au laboratoire)

2 Fabriquer une pile avec du matériel de récupérati on et assurer l’éclairage d’une chambre.

213

PROGRAMME DE SCIENCES PHYSIQUES DEPROGRAMME DE SCIENCES PHYSIQUES DEPROGRAMME DE SCIENCES PHYSIQUES DEPROGRAMME DE SCIENCES PHYSIQUES DE

LA CLASSE DE TERMINALE L2LA CLASSE DE TERMINALE L2LA CLASSE DE TERMINALE L2LA CLASSE DE TERMINALE L2


214

SOMMAIRE DU PROGRAMME DE TERMINALE L2

HORAIRE : 2 h /élève


CHAPITRE Horaire

Numéro Titre

THEME 1: ENERGIE

P1 Production, transport, utilisation de l'énergie électrique 5

P2 Energie nucléaire : réactions spontanées, fusion et fission 4

THEME 2 : PHENOMENES VIBRATOIRES

P8 Généralités sur les signaux et ondes mécaniques 5

P4 Aspect ondulatoire de la lumière. 4

P5 Aspect corpusculaire de la lumière ; Dualité onde-corpuscule. 4

Total 22

PROGRAMME DE CHIMIE

CHAPITRE Horaire

Numéro Titre

THEME 1: MATIERES PLASTIQUES ET TEXTILES

C1 Matières plastiques 5

C2 Les textiles. 4

THEME 2: COMPOSES OXYGENES.

C 3 Les savons 5

C4 Les lessives, les antiseptiques et les désinfectants 3

THEME 3 : POLLUTION

C5 La pollution de l'air et de l'eau 4

Total 21

215

P r o g r e s s i o n .

L’année scolaire au Sénégal est courte. Compte tenu de la rentrée tardive, des périodes

d’interruption (congés scolaires, fêtes religieuses ou culturelles), des jours fériés, des périodes des

conseils de classe, voire des compositions et sans compter d’éventuelles grèves, il est difficile de

travailler plus de 25 semaines. Il est donc important de planifier l’année scolaire pour finir le

programme dans ces conditions.

Voici un calendrier d’avancement possible pour 2 h hebdomadaire (qui ne reste qu’une

proposition).N'est pris en compte dans ce tableau que l'horaire élève : soit 2 h par semaine.

Semaine Chapitre de physique Chapitre de chimie TD et Evaluation

Semaine 1 Production, transport, En. electric. (2 h)

Semaine 2 Production, transport (1 h) En. nucléaire (1 h)

Semaine 3 Energie nucléaire.... (2 h)

Semaine 4 Devoir N°1 (2 h)

Semaine 5 Matières plastiques (1 h) Correction D1 (1 h)

Semaine 6 Matières plastiques (2 h)

Semaine 7 Les textiles (2 h)

Semaine 8 Les textiles (1 h) TD (1 h)


Semaine 10 Généralités sur les signaux... (1 h) Correction D2 (1 h)

Semaine 11 Généralités sur les signaux... (2 h)

Semaine 12 Aspect ondulatoire de la lumière (2 h)

Semaine 13 Aspect ondulatoire de la lumière (1 h) TD (1 h)

Semaine 14 Aspect corpusculaire de la lumière (2 h)

Semaine 15 Aspect corpusculaire de la lumière (1 h) TD (1 h)


Semaine 17 Les savons (1 h) Correction D3 (1 h)

Semaine 18 Les savons (2 h)


Semaine 20 Lessives antiseptiques1

h

Correction D4 (1 h)

Semaine 21 Lessives

antiseptiques.2h

Semaine 22 La pollution (2 h)

Semaine 23 La pollution (1 h) Révision (1 h)

Semaine 24 Révision (2 h)

Semaine 25 Révision (2 h)

216

REFERENTIELS ET COMMENTAIRES DU PROGRAMME DE Tle L2


La compétence d’année en physique

Compétence 1

A l’issue de la classe de terminale L, l’élève ayant acquis les savoirs, savoir-faire et savoir-être

(production, transport, utilisation de l’électricité, énergie nucléaire, aspects ondulatoire et

corpusculaire de la lumière), doit les intégrer dans des situations familières de résolution de

problèmes : utilisation de l’énergie, prise de mesures de sécurité, préservation de

l’environnement

PREMIER THEME : ENERGIE

CHAPITRE P1 Production, transport, utilisation de l'électricité Durée : 5 h Classe : T° L2


* Distinguer les constituants d'un transformateur. * Utiliser un transformateur. * Estimer le bilan énergétique d'un circuit. * Déterminer le rendement énergétique d'un appareil électrique. * Citer les différents types de centrales électriques et les conversions d'énergie correspondantes.

* Alternateurs : principe, conversion d'énergie, induction, stator, rotor, puissance moyenne, puissance apparente. * Le transformateur : constitution, symbole, fonctionnement, rendement. b * Production et transport de l'électricité : - Lignes haute tension (HT), très haute tension (THT), basse tension (BT). - Pertes en ligne. * Utilisation domestique : - Installation domestique. - Appareils électroménagers. - Facturation. - Danger du courant électrique. * Les centrales électriques :

* Mettre en évidence, à l'aide de l'oscilloscope ou d'un microampèremètre, le courant produit par un alternateur. * Mettre en évidence l'action d'un transformateur sur des tensions continues et sur des tensions sinusoïdales. * Utiliser un transformateur en abaisseur de tension, en élévateur de tension. * Utiliser convenablement un appareil électrique en tenant compte des indications données par le constructeur. * Exposé : principe et fonctionnement des centrales électriques.

Commentaires


Thèmes (exposés de groupes) : 1. Les modes de production de l’énergie électrique utilisés par la SENELEC. 2 Sur un schéma annoté décrire le transport de l’électricité du lieu de production à l’utilisateur

217

Le chapitre pourrait démarrer par un bref rappel sur la notion d'énergie, les différentes formes

d'énergie, les conversions possibles entre ces formes (rappels du programme de première).

S'intéressant à l'énergie électrique, on présentera de façon expérimentale un moyen de

production : on mettra en évidence le passage d'un courant à travers une bobine devant laquelle

on fait tourner ou on déplace un aimant droit ; à cette fin on pourrait utiliser l'oscilloscope ou à

défaut un microampèremètre pour déceler le courant. L'expérience pourrait être répétée avec une

génératrice de bicyclette. On expliquera que l'alternateur convertit de l'énergie mécanique en

énergie électrique. Cette conversion est liée à un phénomène d'induction. On introduira alors les

concepts de courant induit et de dispositif inducteur et par la suite les deux parties de l'alternateur :

le stator et le rotor.

La puissance moyenne d'un dipôle sera exprimée par Pm = k UI ou U et I sont respectivement la

tension efficace aux bornes du dipôle et l'intensité efficace du courant ; k est le facteur de

puissance du dipôle (k < 1). On définira la puissance apparente par Pa = UI. On apprendra à lire

les indications mentionnées sur un appareil électrique.

Le transformateur sera introduit de façon expérimentale : on montrera que le transformateur n'agit

pas sur les tensions continues. Pour les tensions sinusoïdales on vérifiera la relation

U2/U1 = n2/n1 puis U2/U1 = I1/I2. Le transformateur sera utilisé en élévateur puis en abaisseur

de tension.

On abordera les problèmes de production d'énergie électrique : centrales thermique et

hydroélectrique.

Le transport du courant électrique se fait par des lignes électriques, lesquelles sont le siège de

pertes d'énergie électrique sous forme calorifique. On justifiera alors le fait que le transport de

l'énergie électrique se fasse sous haute tension pour réduire les pertes. On expliquera alors le rôle

du transformateur dans le transport de l'énergie électrique et son utilisation domestique.

A propos d'utilisation domestique du courant on présentera le type d'installation, le mode de

branchement des appareils ménagers, des lampes, ce qui permettra d'aborder les bilans

énergétiques, le problème de la facturation du courant et le danger du courant électrique.

218

CHAPITRE P2 : Energie nucléaire : réactions spontanées, fusi on et

fission

Durée : 4 h Classe : T° L2


* Donner le symbole d'un nucléide. * Rappeler les constituants du noyau, son symbolisme. * Déduire les constituants d'un noyau à partir de son symbolisme. * Définir la période radioactive ou demi-vie. * Enoncer les lois des transformations radioactives. * Prendre conscience du danger d'un rayonnement radioactif. * Ecrire l'équation d'une réaction nucléaire spontanée, d'une fission, d'une fusion, en faire le bilan énergétique. * Expliquer l'origine de l'énergie stellaire. * Citer des applications de la radioactivité et des réactions nucléaires de fission et fusion.

* Le noyau : - Constituants, symbolisme, nucléide, isotopie. - Energie de masse, relation d'Einstein, stabilité du noyau. * La radioactivité : définitions, carac-téristiques, lois, période. * Rayonnement α, β, γα, β, γα, β, γα, β, γ: - Nature, propriétés, équations nucléaires. - Energie libérée lors d'une désinté-gration radioactive. * Effets physiologiques * Fission : principe, énergie libérée par fission. * Fusion : principe, énergie libérée par fusion. * L'énergie stellaire * Les applications - Centrales nucléaires, datation, traceur

* Etudier le phénomème d'isotopie à partir d'exemples. * Utiliser la relation d'Einstein et interpréter la stabilité du noyau. * Tracer une courbe de dégénérescence. * Analyser un rayonnement radioactif. * Interpréter des expériences de mise en évidence des caractéristiques des particules accompagnant un rayonnement. * Exprimer et calculer l'énergie mise en jeu dans une réaction nucléaire. * Etudier l'énergie stellaire : son origine, sa conversion.

Commentaires


1 Causes et conséquences de l’accident de Tchernobyl 2 Les effets biologiques de la radioactivité : dangers liés à ces effets, utilisations pour l’homme : en médecine et dans l’industrie.

On rappellera les constituants et le symbolisme du noyau.

La relation d'Einstein énoncée sous la forme ∆E = ∆m.c2 permettra d'interpréter la stabilité du noyau.

La radioactivité (naturelle) sera définie comme une transformation nucléaire spontanée et

inéluctable. La période radioactive T sera définie comme la durée au bout de laquelle la moitié des

noyaux radioactifs initialement présents se sont désintégrés ; on expliquera qu'au bout du temps

nT le nombre de noyaux présents est donné par la relation N = No/2n ; on pourra faire tracer la

219

courbe de dégénérescence. On expliquera le principe de l'analyse d'un rayonnement radioactif, ce

qui permettra d'identifier les types de radioactivité α, β− et le rayonnement γ. Les lois de

conservation du nombre de nucléons et de la charge électrique seront appliquées à l'écriture des

équations-bilans des transformations radioactives.

Le défaut de masse constaté lors d'une réaction nucléaire permettra d'expliquer l'énergie mise en

jeu grâce à la relation d'Einstein. A partir d'exemples simples on fera calculer l'énergie libérée lors

de désintégrations radioactives et le bilan énergétique. Dans les épreuves d'examens, les

énergies seront exprimées en Mev et en joule.

La fission sera définie comme étant la rupture d'un noyau lourd en deux noyaux légers sous

l'action d'un neutron lent ; une fission produit des neutrons. On montrera que la fission de l'uranium

est exoergique.

La fusion est l'union de deux noyaux légers qui engendre un noyau lourd. L'exemple de la fusion

de l'hydrogène qui produit de l'hélium permettra d'évaluer l'énergie mise en jeu et par suite

d'expliquer l'origine de l'énergie stellaire.

On parlera des avantages et des inconvénients de la production d'énergie électrique à partir des

réactions nucléaires. On parlera des centrales nucléaires. On donnera les applications du

nucléaire : centrales nucléaires, datation, traceurs.

220

DEUXIEME THEME : Phénomènes vibratoires

CHAPITRE P3 : Généralités sur les signaux et ondes mécanique s Durée :5 h Classe : T° L2


* Distinguer signal et onde. * Définir : célérité, période, longueur d'onde, amplitude. * Déterminer période temporelle et longueur d'onde. * Donner les caractéristiques de la célérité. * Enoncer les lois de la réflexion. * Expliquer le phénomène de l'écho. * Connaître le principe de superposition * Interpréter la formation des franges d'amplitude maximale et d'amplitude nulle.

* Signal : émission, propagation et réception. * Ondes progressives : - Onde le long d'une corde. - Ondes rectiligne, circulaire à la surface d'un liquide. - Onde sonore - Période temporelle et période spatiale ou longueur d'onde. * Réflexion, réfraction, diffraction : - Réflexion, réfraction, diffraction à la surface de l'eau. - Lois de la réflexion, écho. * Interférences mécaniques : - Interférences mécaniques à la surface d'un liquide. - Principe de superposition, interférences

* Mettre en évidence des signaux mécaniques le long d'une corde, d'un ressort et à la surface de l'eau.... * Constater la séquence : émission, propagation, réception. * Mettre en évidence la propagation d'ondes progressives rectilignes, circulaires à la surface d'un liquide. * A l'aide de l'oscilloscope, mettre en évidence la propagation de l'onde sonore. * Comparer l'état vibratoire des divers points du milieu de propagation : utiliser par exemple des micros et l'oscilloscope. * Dégager les concepts de période spatiale et de période temporelle. * Mettre en évidence la réflexion, la réfraction et la diffraction à la surface d'un liquide. * Donner les lois de la réflexion. * Réaliser des interférences mécaniques à la surface de l'eau.

Commentaires


1 Remplir d’eau une cuve assez large. Mettre la cuve remplie en dessous du robinet, laisser reposer Ouvrir le robinet de façon à faire tomber une goutte d’eau à la surface libre du liquide de la cuve. Observer. Ouvrir le robinet de façon à faire tomber une, deux, trois, quatre, plusieurs gouttes à intervalles de temps réguliers consécutifs (débit constant). Décrire ce que l’on observe sur la surface libre du liquide. 2 Avec une règle frapper périodiquement la surface libre d’un liquide. Une plaque de verre étant partiellement immergée dans le liquide, décrire ce qui est observé sur la surface libre du liquide.

Cette leçon sera expérimentale : on évitera tout développement théorique en ce qui concerne les

ondes progressives, les phénomènes de réflexion, réfraction, diffraction et interférences

mécaniques. Aucun résultat du cours ne devra être établi théoriquement.

Les lois de la réflexion feront l'objet d'une vérification expérimentale.

Les expressions de la différence de marche pour les deux types de franges pourraient être

données à titre d'information mais ne seront pas l'objet d'évaluation.

L'évaluation portera sur l'explication de phénomènes étudiés.

221

CHAPITRE P4 : Aspect ondulatoire de la lumière Durée :4 h Classe : T° L2


* Citer des sources et des récepteurs de lumière.. * Connaître le principe de la propagation rectiligne de la lumière dans un milieu homogène et isotrope. * Construire la marche d'un rayon lumineux par réflexion, par réfraction. * Connaître la valeur de la célérité de la lumière dans le vide et dans l'air. * Enoncer les lois de la réflexion. * Interpréter le phénomène des interférences lumineuses par le caractère ondulatoire de la lumière. * Interpréter la formation des franges brillante et obscure.

* Emission - Réception- Propagation : - Sources, récepteurs de lumière - Propagation rectiligne de la lumière : notion de faisceau et rayon lumineux. * Réflexion, réfraction, diffraction de la lumière : - Observations des phénomènes. - Lois de la réflexion. * Interférences lumineuses : - Observations du phénomène. - Interprétation : nature ondulatoire de la lumière.

* Mettre en évidence la séquence "émission propagation réception" pour la lumière. * Mettre en évidence la propagation rectiligne de la lumière : célérité de la lumière. * Mettre en évidence les phénomènes de réflexion, réfraction et diffraction de la lumière. * Vérifier les lois de la réflexion. * Mettre en évidence les interférences lumineuses.

Commentaires


1 Recensez les objets qui meublent le salon de votre maison (ou votre chambre). Les classer en objets

qui produisent la lumière et en objets qui reçoivent la lumière. A quelle(s) condition (s) ces objets vous

sont visibles ?

2 Quel est le phénomène observé lorsqu’un faisceau de lumière arrive sur un miroir ? pénètre dans un liquide ? Que peut-on déduire quant à la nature de la lumière ?

L'objectif principal de ce chapitre est de faire découvrir le caractère ondulatoire de la lumière à

partir de la mise en évidence des phénomènes de réflexion, réfraction, diffraction et interférences.

Comme dans les chapitres qui précédent, éviter tout développement théorique. Les résultats

seront déduits expérimentalement. L'évaluation portera sur l'interprétation de phénomènes

observés avec la lumière en rapport avec la réflexion, la réfraction, la diffraction et les

interférences ; ou sur des calculs simples utilisant les lois de la réflexion.

Les interférences en lumière polychromatique et la notion d'indice de réfraction sont hors

programme .

On insistera sur les applications de ces phénomènes dans la vie courante.

222

CHAPITRE P5 : Aspect corpusculaire de la lumière ; Dualité o nde-

corpuscule

Durée :4 h Classe : T° L2


* Expliquer l'émission photoélectrique par la théorie des photons. * Exprimer l'énergie d'un photon : E = hυ * Interpréter les propriétés de la lumière par les aspects ondulatoire et corpusculaire.

* Aspect corpusculaire : - Effet photoélectrique - Théorie d'Einstein. * Dualité onde-corpuscule

* Mettre en évidence à l'aide d'un électroscope l'émission d'électrons par un métal éclairé par une lumière convenable. * Enoncer la théorie des photons pour interpréter le phénomène. * Concilier l'aspect corpusculaire et l'aspect ondulatoire de la lumière.

Commentaires


Les hypothèses émises par Albert Einstein en1905 permettent d’interpréter de manière satisfaisante les expériences relatives à l’effet photoélectrique. Qui était Einstein ? Résumer la théorie d’Einstein permettant d’interpréter les faits observés dans les expériences relatives à l’effet photoélectrique. On mettra en évidence l'émission photoélectrique par l'utilisation d'un électroscope ou d'une cellule

photoélectrique. On insistera sur le caractère sélectif de la lumière pour un métal donné à partir

d'exemples. On énoncera la théorie des photons en précisant l'expression de l'énergie lumineuse.

On interprétera le phénomène à partir de l'action individuelle d'un photon sur un électron

rencontré.

On montrera que l'aspect corpusculaire et ondulatoire se complètent pour expliquer toute les

propriétés de la lumière.

Ce chapitre vise en partie à donner aux élèves des éléments d'épistémologie à travers l'évolution

des théories scientifiques.

Activités d’intégration

1/ Eclipse

En une nuit de claire de lune le muezzin du village alerte la population de ’’l’arrestation de la

Lune’’. Au niveau de chaque concession, des prières sont formulées pour demander ‘’grâce’’ au

Seigneur.

Proposer une explication scientifique du phénomène observé.

2 Alimentation d’une zone rurale en électricité : t ransport, installation

3 Energie solaire : nature ou production, utilisati on sur terre.

223

PROGRAMME DE CHIMIE

La compétence d’année en chimie

Compétence 2

A la fin de la classe de terminale L, l’élève ayant acquis les savoirs, savoir-faire et savoir- être

en chimie organique (savons, plastiques, polluants) doit les intégrer dans des situations

familières de résolution de problèmes : production, utilisation, caractérisation des plastiques et

des savons, prise de mesures de sécurité et préservation de l’environnement.

PREMIER THEME : Matières plastiques et textiles

CHAPITRE C1 : Matières plastiques Durée :5 h Classe : T° L2


* Définir un polymère. * Classer les polymères en thermoplastiques et thermodurcissables. * Donner le procédé de fabrication de quelques polymères. * Ecrire l'équation-bilan d'une réaction de polymérisation. * Préciser le motif de quelques polymères. * Reconnaître des matières plastiques au moyen de tests (tests de chauffage, de densité, de Belstein, du solvant, du papier pH, de combustion) * Citer quelques utilisations des polymères.

* Polymères : - Le motif. - Degré de polymérisation. - Polymères linéaires et polymères ramifiés. - Les thermoplastiques, les thermodurcissables. * Exemples de polymères : - Polyéthylène (PE): le HP et le BP. - Polypropylène (PP) - Polytétrafluoroéthylène (PTFE ou Téflon) - Polychlorure de vinyle (PVC ou PCV) - Polystyrène (PS) * Utilisation des polymères :

* Vérifier si un polymère est un thermoplastique ou un thermodurcissable. * Confectionner à l'aide de modèles moléculaires quelques monomères et les motifs des polymères correspondants. * Visiter une unité de fabrication d'un polymère (exemple le PVC) * Réaliser des tests de reconnaissances de diverses matières plastiques

Commentaires


Ramasser quelques morceaux de plastiques de votre entourage. Est-il possible d’identifier le polymère correspondant à chaque morceau ? Quel test simple peut-on faire pour les classer en plastiques thermodurcissables et en thermoplastiques ? Quelle(s) précautions(s) particulière(s) faut-il prendre ? Réaliser ce test.

Le chapitre pourrait commencer par la présentation de quelques matières plastiques. Par

chauffage on les classera en deux catégories : les thermoplastiques et les thermodurcissables. On

expliquera leur origine par une polymérisation des molécules insaturées (alcènes et alcynes), on

en profitera pour rappeler les propriétés des double et triple liaison. On admettra que l'addition de

224

n molécules les unes sur les autres donnent soit des polymères linéaires soit des polymères

ramifiés. On donnera quelques exemples de polymères :

- Polyéthylène (PE),

- Polypropylène (PP),

- Polychlorure de vinyle (PVC ou PCV)

- Polyacétate de vinyle (PAV)

- Polystyrène (PS).

On écrira leurs équations-bilans de synthèse en précisant le motif. A l'aide de modèles

moléculaires, on illustrera le passage du monomère au polymère correspondant. On donnera

quelques utilisations de ces polymères dans la vie courante.

CHAPITRE C2 : Les textiles Durée :4 h Classe : T° L2


* Distinguer les textiles artificiels et les textiles synthétiques. * Donner le procédé de fabrication des textiles artificiels et synthétiques. * Préciser le motif de quelques polymères. * Ecrire l'équation-bilan du nylon 6-6 ou du polymère synthétisé. * Citer les propriétés de quelques textiles synthétiques. * Donner quelques utilisations particulières de textiles synthétiques.

* Textiles artificiels : - Procédé de fabrication - Exemples de textiles artificiels : la rayonne, la fibranne * Textiles synthétiques : - Procédé de fabrication : polymérisation, polycondensation. - Exemples : les chlorofibres, les acryliques, les polyesters, les polyamides - Propriétés et applications particulières

* Visiter une unité de fabrication de textile * Faire si les conditions du laboratoire le permettent la synthèse du nylon 6-6 ou de tout autre polymère. * A l'aide de modèles moléculaires construire le motif du nylon 6-6 ou du polymère synthétisé.

Commentaires


1 Visite à la Société de Développement des Fibres Textiles (SODEFITEX) : installations, types de fibres produits, capacité de production. 2 Les polyamides, les polyacrilonitriles et les polyesters sont des fibres textiles synthétiques fabriquées à partir de molécules de synthèse. Rechercher les propriétés caractéristiques de chaque type de fibre et les domaines d’utilisations pratiques.

En amont ou en aval des activités en classe, visitez une unité industrielle textile.

Le professeur fera la distinction entre les textiles artificiels et les textiles synthétiques. Il expliquera

le procédé de fabrication des textiles artificiels qui se résume en trois étapes:

a) 1ère étape : Dissoudre la cellulose ou un de ses dérivés dans un solvant pour obtenir des

solutions d'une viscosité convenant à la suite du procédé,

225

b) faire passer la solution dans les filières, plaques percées de trous calibrés,

c) à la sortie des filières, évaporer ou détruire chimiquement le solvant afin de reconstituer

la cellulose ou un dérivé sous forme de fils.

La procédé de fabrication des textiles synthétiques fait appel soit à la polymérisation soit à la

polycondensation qu'on distinguera. Si les conditions du laboratoire le permettent, on fera la

synthèse d'un polymère dont on écrira l'équation-bilan. On donnera quelques motifs de polymères

synthétiques. On citera les propriétés de quelques textiles synthétiques en précisant leurs motifs.

226

DEUXIEME THEME : COMPOSES OXYGENES.

CHAPITRE C3 : Les savons Durée :5 h Classe : T° L2


* Ecrire l'équation-bilan d'une réaction d'estérification. * Citer les caractéristiques d'une réaction d'estérification. * Ecrire l'équation-bilan de la saponification * Donner le procédé de fabrication d'un savon. * Connaître les caractéristiques de la réaction de saponification. * Distinguer savons durs et savons mous.

* Acides gras *Polyalcools : propane-1,2,3-triol * Esterification : - Equation-bilan. - Caractéristiques. * Saponification - Equation-bilan. - Caractéristiques.

* Ecrire la formule semi-développée de quelques acides gras, du propane-1,2,3-triol (ou glycérol). * Fabriquer un savon. * Visiter une unité de fabrication de savon.

Commentaires


La méthode traditionnelle de fabrication du savon utilise l’action à chaud d’une solution de « khémé » sur de l’huile d’arachide ou de palme. Quelles sont les substances chimiques que l’on trouve dans le khémé et qui réagissent sur l’huile d’arachide (mélange de glycérides) pour produire du savon ? Quels sont le nom et la formule du composé organique, autre que le savon, produit par la réaction ?

Le chapitre débutera par une brève présentation de la fonction alcool et de la fonction acide.

A l'aide de modèles moléculaires, on construira quelques exemples de molécules d'alcool et

d'acide. On donnera la formule semi-développée du propane-1,2,3-triol et de quelques acides

gras. On écrira l'équation-bilan de la réaction d'estérification d'un acide gras avec le propane-

1,2,3-triol dont on précisera les caractéristiques. On réalisera la saponification d'un corps gras

(huile végétale) et on donnera les caractéristiques de cette réaction. On distinguera les savons

mous des savons durs. La visite d'une unité industrielle est vivement souhaitée.

CHAPITRE C4 : Les lessives, les antiseptiques et les désinfe ctants (à

faire en exposé)

Durée :3 h Classe : T° L2

Aucune formule chimique de lessives, d'antiseptique s et de désinfectants ne doit être données.

On se limitera aux procédés de synthèse et aux utilisations de ces produits. On étudiera leurs effets secondaires

sur l'environnement.

227

Troisième THEME La pollution

CHAPITRE C5 : La pollution de l'air et de l'eau (à faire en exposé) Durée :4 h Classe : T° L2


1 Il est relativement facile avec le méthane et l’éthane d’obtenir par chloration les dérivés les plus substitués, les chlofluorocarbones (CFC) appelés couramment fréons. Rechercher les utilisations courantes que l’on fait des fréons. 2 L’ozone : préciser sa nature, ses propriétés, son rôle. 3 Rechercher l’effet des fréons sur la couche d’ozone.

On traitera la pollution de l'air et la pollution de l'eau. On abordera les techniques de protection de

l'environnement.

Activités d’intégration

1 Formulation de savons

Lire l’énoncé dans le recueil d’activités en fin de document (activité 6).

2 Pollution de l’eau

3 Plastiques : problèmes liés aux déchets.

228

La structure de l'épreuve de sciences physiques au Bac des séries L2

1) Dispositions générales

L'épreuve de sciences physiques au bac de la série L2 (coefficient 2, durée 2 heures) comportera

quatre parties différentes balayant, autant que possible, l'ensemble du programme. Sa structure

est la suivante :

Partie 1 : définition des contenus

Partie 2 : cinq phrases à trous, cinq QCM ou QRC, deux phrases à rectifier.

Partie 3 : schémas à compléter et à commenter ou exercice d'application.

Partie 4 : texte scientifique accompagné de questions

La notation pourrait être la suivante sur 20 points.

Partie 1 : 5 points

Partie 2 : 5 points

Partie 3 : 5 points

Partie 4 : 5 points

2) Dispositions particulières

Le tableau ci-après précise, selon les chapitres, les parties susceptibles de donner lieu ou non à

des exercices au baccalauréat.

Chapitre Commentaires

P1 On ne donnera pas des exercices portant sur l'induction. Des exercices sur des calculs de

puissance, de rendement énergétique, de tension peuvent être proposés.

P2 Les exercices porteront sur des calculs de défaut de masse, d'énergie libérée exprimée en joule

ou en Mev et sur la détermination de période radioactive.

P3 Les exercices auront pour centre d'intérêt la vérification de la loi de la réflexion, la détermination

de longueur d'onde et de l'état vibratoire d'un point. On ne donnera pas d'exercice sur la

réfraction.

P4 Il n'y aura pas d'exercice comme en seconde sur la chambre noire, sur les ombres et

pénombres. On fera par contre des exercices sur la construction d'images par la réflexion.

P5 Il n'y aura pas d'exercice sur l'effet photoélec trique (style calcul d'énergie d'extraction,

courant de saturation...).

C1 Les exercices porteront sur des équations-bilans de polymérisation, sur le degré de

polymérisation.

C2 Les exercices consisteront à écrire des équations-bilans et à déterminer le motif de quelques

polymères.

C3 les exercices porteront sur la réaction de saponification.

C4 &C5 Ces deux chapitres ne feront pas l'objet d'e xercices.

* Il n'y aura pas d'exercice dans les chapitres trait és sous forme d'exposés .

229

Références bibliographiquesRéférences bibliographiquesRéférences bibliographiquesRéférences bibliographiques

1 ROEGIERS, X. (2000). Une pédagogie de l’intégration, compétences et intégration des

acquis dans l’enseignement : De Boek, réédité en 2004

2. PERRENOUD, Ph. (2000). L’approche par compétences, une réponse à l’échec scolaire.

Université de Genève. Faculté de psychologie et des sciences de l’éducation.

3. LE BOTERF, G. (1998). L’ingénierie des compétences. Editions d’organisation.

4. ROEGIERS, X. (2004). L’école et l’évaluation. Document de travail.

5 PERRENOUD, Ph. (1999). Construire des compétences, est-ce tourner le dos aux

savoirs ? Pédagogie Collégiale (Quebec).

6 MILED, M.(2002). Un cadre conceptuel pour l’élaboration d’un curriculum selon l’approche

par les compétences. La réforme de la pédagogie en Algérie - Défis et enjeux d’une société

en mutation. Alger : UNESCO – ENSP ; pp 125-126.

230

Recueil d’activités d’intégrationRecueil d’activités d’intégrationRecueil d’activités d’intégrationRecueil d’activités d’intégration NB : Pour les masses molaires on consultera le tableau de classification périodique ACTIVITE 1 Simulation du fonctionnement de l’œil. Cette simulation sera faite en classe avec l’assist ance du professeur. 1 Rôle de l’oeil Un appareil de projection permet d'obtenir, à partir d'un objet (la diapositive), une image réelle, que l'on peut recueillir sur un écran. De même, le rôle de l'œil est de donner d'un objet une image sur la rétine qui sera transmise sous forme d'influx nerveux au cerveau par le nerf optique. Nous pouvons simuler le fonctionnement de l'œil par un œil réduit (doc. 1). Dans l'œil normal, la convergence est assurée à la fois par le cristallin (qui est une lentille mince transparente), la cornée et l'humeur vitrée. Pour réaliser l'œil réduit, utiliser une lentille de 25 cm de distance focale. La distance lentille-écran d'observation (papier millimétré transparent) est égale à la distance focale de la lentille. Dans l'œil normal, cette distance n'est que de 1,5 cm environ.

Faire l'obscurité dans la classe et placer l'œil réduit contre une fenêtre dégagée. Décrire ce que l’on observe. Noter alors qu’on peut simuler le fonctionnement de l'œil par un œil réduit constitué d'une lentille convergente et d'un écran (dans l'œil normal, c'est le cerveau qui retourne l'image). 2 Les fonctions de l’oeil

2.1. L’accomodation .Expérience A l’aide de l'œil réduit, viser maintenant un objet (flamme d'une bougie, filament d'une ampoule, quadrillage éclairé) à distance finie : 50 cm, par exemple. Observer l'image obtenue (faites un schéma au 1/l10e).

Interprétation et correction

L'image obtenue est floue, car l'objet n'étant plus à l'infini, l'image ne se forme plus dans le plan focal image, où se trouve toujours l'écran. Pour retrouver une image nette, deux solutions notées a) et b) sont possibles:

a) Allonger l'œil réduit. Montrer que dans ces conditions l’œil réduit devrait mesurer 50 cm

231

au lieu de 25 cm. b) Placer contre la lentille une autre lentille convergente. Vérifier et montrer qu'une lentille de 25 cm convient.

Dans l'œil normal, nous voyons nettement même des objets assez rapprochés. La distance cristallin-rétine étant invariable, ce sont les muscles qui agissent sur le cristallin; sa courbure change et sa distance focale est modifiée: l'œil accommode afin que l'image se forme toujours sur la rétine. L'œil a une distance focale variable Un œil normal n'accommode pas pour voir des objets situés à l'infini. Ainsi l'œil réduit est réglé sur une vision à l'infini, car la distance lentille-papier transparent est égale à la distance focale de la lentille. Lorsque l'objet est très près, l'œil normal ne peut plus accommoder: l'objet est vu flou. Un œil normal peut voir nettement des objets situés entre l’infini (le punctum remotum : P.R) et une distance minimale de vision distincte(le punctum proximum :P.P.) en accommodant de plus en plus 2.2 Le rôle de la pupille. Le rôle de la pupille est double : - Contrôler l'intensité lumineuse arrivant sur la rétine, afin que celle-ci ne soit pas endommagée. La pupille est presque fermée par forte luminosité; elle est largement ouverte dans l'obscurité. .- Utiliser le cristallin dans les conditions de Gauss et augmenter ainsi la netteté de l'image. Placer un objet lumineux à 2,5 m de l'œil réduit, le diaphragme étant largement ouvert. Vérifier que l’image est floue. Diaphragmer fortement. Que se passe-t-il ? 2.3. Pouvoir séparateur Les phares d'une voiture distants de 1,2 m paraissent confondus lorsqu'ils sont éloignés de plus de 4 km. L'angleε , sous lequel nous voyons ces deux phares, est environ égal à 3.10-4 radian. Cela provient du fait que la rétine a une structure granulaire (cônes et bâtonnets) : pour que la rétine puisse séparer les images, il faut que la lumière des deux images excite des cellules séparées. On appelle pouvoir séparateur de l’œil, l’angle limiteε sous lequel doivent être les deux points lumineux pour être séparés. Il dépend des individus. On prendra une valeur moyenne ε = l' = 3.10-4 rad (doc.2). Ainsi, sur l'œil réduit, les cellules sont représentées par les petits carrés du papier millimétré transparent. En admettant que, pour être vus, deux points d'une image doivent être séparés de 1 mm (distance entre deux petits carrés), évaluer le pouvoir séparateur θ de cet œil réduit (θ ε≥ ) L'œil réduit voit un objet AB à l'infini sous l'angle θ (doc 3)

232

ACTIVITE 2 Etude d’un rétroprojecteur

I. A la découverte du rétroprojecteur. Découvrez le rétroprojecteur avec l’assistance du professeur. 1 Le professeur utilise – t - il cet appareil en classe ? a) Si oui, comment se présente l’appareil vu de l’extérieur ? Nommez ses différentes parties b) Si non, faire des recherches sur l’appareil pour répondre à la question. 2 Quels constituants fondamentaux reconnaît on à l’intérieur de l’appareil? Quel peut être leur rôle ? (solliciter l’assistance du professeur).

II Modélisation du rétroprojecteur Le rétroprojecteur comprend une source de lumière, un système de lentilles, un miroir. On considère un rétroprojecteur dont la lentille L est assimilable à une lentille mince convergente de distance focale f' = 30 cm. L'ensemble lentille L- miroir donne d'un objet AB situé dans un plan horizontal une image A'B sur un écran vertical E. Le miroir plan est incliné de 45° sur l'axe optique AM de la lentille. La dist ance AM est égale à 60 cm ; la lentille L se déplace à l'aide d'une crémaillère. L'écran est à 1,35 m du point M situé sur le miroir (MA' = 1,85 m). 1) Quelle est la fonction du groupe de lentilles situé avant le point A ? 2) Si l'on enlève le miroir, à quelle distance de A l'image A" de A va-t-elle se former? 3) On oriente alors l'axe optique dans le sens de la propagation de la lumière. On pose :

OA = x et AA" = D. a) Trouver la relation qui existe entre x, D et f'.

b) Calculer la valeur de OA qui donne une image sur l'écran.

c) Calculer le grandissement AB

BA ''=γ de l'image.

4) Schématiser à l'échelle 1/10 ce rétroprojecteur. Tracer la marche d'un faisceau lumineux issu d'un point B de l'objet (AB = 10 cm).

Source de lumière

B A

A’

B’

M

O

E

233

ACTIVITES 3 Imagerie médicale et isotopes radioactifs Voici un texte inspiré d'un article paru dans une revue scientifique O. Maublant, bulletin de /'ADASTA, n° 50, avril 2001).

« La médecine nucléaire est une spécialité médicale à part entière, basée sur l'utilisation de substances radioactives. Elle est surtout utilisée dans un but de diagnostic (identification de la maladie), mais elle est appelée à jouer un rôle de plus en plus important en thérapeutique (traitement de la maladie). Dans les deux cas, le principe de base reste le même: une substance radioactive se concentre dans un organe ou un tissu particulier; les rayonnements qu'elle émet sont utilisés soit pour obtenir une image de la distribution de cette substance dans l'organisme (une image appelée scintigraphie), soit pour irradier ce même tissu; on parle alors de radiothérapie métabolique (de "métabolisme", qui représente l'ensemble des transformations physiques et chimiques dans les tissus vivants). La substance radioactive idéale pour l'imagerie doit présenter: - une émission gamma pure pour limiter l'irradiation (il faut éviter les bêta et les alpha) ; - une énergie d'émission suffisamment élevée pour qu'une proportion suffisante des photons émis puisse franchir les tissus et être détectée sans encombre; - une demi-vie suffisamment courte pour limiter l'irradiation du patient, mais suffisamment longue pour permettre l'enregistrement des images; - enfin un comportement chimique autorisant l'établissement de liaisons chimiques avec les vecteurs (les molécules qui les transportent). Il faut également que la production ne soit pas trop onéreuse. Toutes ces conditions font que le nombre de candidats retenus est faible, comme le montre le tableau suivant.

Noyau radioactif Demi-vie

technétium 99 6 heures

iode 131 8 jours

indium 111 2,8 jours

thallium 201

73 heures

Parmi ces noyaux radioactifs artificiels, le technétium 99 présente le meilleur compromis vis-à-vis des propriétés énumérées ci-dessus. Les activités administrées sont généralement comprises entre 30 et 1000 mégabecquerels (MBq). Comme chaque désintégration n'émet au maximum qu'un seul photon gamma utile (les autres missions sont d'énergie trop faible), il en résulte que le flux de photons issu du patient n'excède jamais un milliard par seconde. Ce chiffre peut paraître élevé, mais il ne correspond en fait qu'à une très faible fraction du flux de photons utilisé en radiologie (qui est 1012 fois plus élevé). Le technétium 99 présente en outre la particularité et l'avantage de pouvoir être produit dans un petit générateur portable par filiation d'un produit de réacteur, le molybdène 99 (la désintégration du molybdène 99 produit du technétium 99) ». 1. Quels sont les deux rôles de la médecine nucléaire?

2. Quelles propriétés doit posséder une substance radioactive pour être choisie en imagerie médicale? 3. Écrire l'équation de désintégration y du technétium 99.

4. Au bout de combien de temps la quantité de substance radioactive injectée dans l'organisme a-t-elle diminué de 90 % pour les quatre exemples proposés dans le tableau précédent?

5.a. Exprimer le nombre de noyaux radioactifs contenus dans une source d'activité A, en fonction de la constante de radioactivité À. b. Calculer le nombre minimal et maximal de noyaux radioactifs de technétium 99 que doit comporter la source, pour avoir une activité comprise entre 30 et 1000 MBq.

234

c. En déduire la masse minimale et maximale de technétium 99 que doit contenir la source (on considère que la masse molaire des noyaux de technétium 99 est égale à 99 g. mol-1). 6. Justifier l'affirmation: « le flux de photons issu du patient n'excède jamais un milliard par seconde».

7. Quel est le principal avantage de l'imagerie scintigraphique par rapport à la radiologie?

8. Écrire l'équation de la réaction nucléaire permettant d'obtenir du technétium 99 à partir de molybdène 99. Préciser le type de désintégration dont il s'agit.

9. Pourquoi est-ce un avantage de pouvoir produire le technétium sur place, à l'aide d'un générateur portable?

Donnée : NA = 6,02.1023 mol-1.

ACIVITES 4 Etude d’une mission dans l'espace

(D'après Guadeloupe-Guyane-Martinique, septembre 2000.) Quelques éléments de la fiche technique du vol STS-85 de la navette spatiale américaine Discovery sont reproduits ci-après.

Lancement Le 7 août 1997 à 10h41 depuis le Kennedy Space Center. Masse totale au décollage: M = 2,041.106 kg.

Vol orbital Masse du véhicule orbital (orbiteur): 69,68.103 kg. Altitude moyenne: 296 km. Vitesse: 7,711m.s-1 Nombre d'orbites: 189. Durée de la mission: 11 jours, 20 heures, 28 minutes. On se propose d'étudier quelques aspects des différentes phases du vol de la navette. 1. Étude de la phase de lancement Le lancement débute lors de la mise à feu des propulseurs à poudre. Pendant la phase de décollage, on admet que l'éjection des gaz par les moteurs a les mêmes effets qu'une force extérieure de valeur F = 32,4.106 N, appelée poussée. L'intensité du champ de pesanteur au sol est 9 = 9,80 m.s-2; on suppose que la valeur de g reste constante pendant toute la phase de départ. 1. Faire l'inventaire des forces (poussée comprise) s'exerçant sur la navette à l'instant du décollage (il n'y a plus contact entre la navette et le sol) et représenter ces forces sur un schéma (au moment du décollage, on néglige les forces de frottements et la diminution de masse). 2. Calculer la valeur aG de l'accélération au décollage. 3. Calculer la distance parcourue pendant les 2,0 s qui suivent le décollage, en négligeant la variation d'accélération pendant cette durée. 2. Étude de Discovery en orbite autour de la Terre Dix minutes après le décollage, la navette est en mouvement circulaire uniforme autour de la Terre à l'altitude h = 296 km. Sa masse m est égale à 69,68.103 kg. On assimile la navette à un point matériel. Sur un schéma, représenter son vecteur accélération âG. Que peut-on dire de cette accélération? 3. Champ de gravitation à l'altitude h

1. La force de gravitation exercée par la Terre sur la navette a pour valeur m Gh.

Démontrer que l'intensité du champ de gravitation Gh à l'altitude h est donnée par : -

2

2T

)(

)(RGo

hRG

Th +

= où RT est le rayon de la Terre et Go l'intensité du champ de gravitation

au niveau du sol. 2. Calculer la valeur de Gh à l'altitude de l'orbite de Discovery, On prendra Go = 9 = 9,80 m.s-2 et RT = 6380 km. 4. Vitesse en orbite

235

1. Monter que l'expression de la vitesse de la navette est v = h). (RGh T +

2. Calculer v et comparer à la valeur donnée dans la fiche technique. Vérifier la donnée concernant la durée de la mission.

ACTIVITE 5 Extraction de l’aluminium - traitement de la bauxite

1.L'ion Fe3+ donne un hydroxyde insoluble dans un excès d'hydroxyde de sodium, alors que l'ion Al3+ donne un hydroxyde soluble dans un excès d'hydroxyde de sodium par formation de l'ion tétrahydroxoaluminate [AI(OH)4]

-. Proposer une série d'expériences permettant de vérifier: ces résultats. Écrire les équations des réactions correspondantes 2. On désire séparer les éléments fer et aluminium initialement présents dans un minerai sous forme de AI(OH)3 (s) et de fer Fe(OH)3 (s) ; les autres espèces présentes dans le minerai sont: insolubles quel que soit le pH. a. Proposer un protocole permettant d'effectuer cette séparation, les éléments fer et aluminium étant isolés sous forme:d'hydroxyde. b. Schématiser le matériel utilisé. 3. On traite une tonne de bauxite qui renferme, en masse, 27,5 % d'élément aluminium AI sous forme d'alumine AI2O3 et 11,2 % d'élément fer Fe sous forme d'oxyde de fer(lll) Fe2O3 par une solution concentrée de soude. a. Écrire l'équation de la réaction transformant l'alumine en ion tétrahydroxoaluminate [AI(OH)4]

-

b. Déterminer la masse d'aluminium, puis la masse d’alumine présentes dans la bauxite traitée. c. En déduire la masse minimale d'hydroxyde de sodium nécessaire à cette extraction.

ACTIVITES 6 Formulation de savons

Lire le texte suivant extrait de la publication « Recherches : chimiques sur les corps gras» de Michel Eugène Chevreul (1823) et répondre aux questions qui le suivent. « On appelle savons durs ceux qu'on obtient en saponifiant l'huile d'olive et surtout les graisses animales par la soude, et savons mous, ceux qu'on obtient en saponifiant par la potasse les huiles de graines en général et les huiles animales plus ou moins fluides. Quand on cherche en quoi consiste la propriété qu'ont les savons d'être durs ou mous, on trouve que ces propriétés dépendent de la manière dont ils agissent sur l'eau. En effet, les savons durs perdent la plus grande partie de leur eau de fabrication par l'exposition à l'air, et quand ils l'ont perdue, ils ne se dissolvent que lentement dans l'eau froide, et sans s'y délayer. Les savons mous,au contraire,ne peuvent jamais être séchés par leur exposition à l’air ils retiennent plus ou moins d’eau qui les rend mous ou gélatineux. Si on cherche maintenant pourquoi un savon est plus ou moins soluble dans l’eau on en trouvera les causes : -dans la nature de sa base alcaline -dans celle de la matière grasse qui est unie à cette base […] L’ on observe que leur dureté est d’autant plus grande que le stéarate est plus abondant relativement à l’oléate […],mes expériences ayant appris que ce sont la stéarine qui donne l’acide stéarique, et l’oléine qui donne l’acide oléique,il s’ensuit que, d’après la proportion de stéarine et d’oléine contenues dans les corps gras saponifiables,proportion qu’on peut déduire du degré de fusibilité de ces substances, il est possible de prévoir le degré de dureté ou de mollesse des savons que ces corps produiront. » Données: Formule du glycérol, de l'acide stéarique et de l'acide oléique :

HOCH2-CHOH-CH2OH glycérol

C17H35-COOH Acide stéarique

C17H33-COOH Acide oléique

236

1. Justifier que les savons durs et les savons mous constituent deux formulations des savons. 2. Les corps gras sont des triesters du glycérol avec des acides gras; écrire la formule de l'oléine et de la stéarine. 3. Repérer, dans la formule de l'ion oléate, la partie lipophile et la partie hydrophile, après avoir rappelé le sens de ces deux adjectifs. 4. Quelles sont les formules de la soude et de la potasse? Pourquoi Chevreul les qualifie-t-elles de bases alcalines? 5. Que désigne Chevreul par l'expression « degré de fusibilité»? En comparant les formules des acides oléique et stéarique, à quoi pourrait-on attribuer cette différence de fusibilité ? 6. On réalise la saponification de 500 g d'une huile d'olive, supposée constituée d'oléine pure, par de la potasse. a. Écrire l'équation de la réaction. b. En déduire la masse d'oléate de potassium alors obtenue. 7. Rappeler le mode d'action des savons. a. sur des salissures ioniques; b. sur des taches de graisses. ACTIVITES 7 Synthèse des médicaments Partie A On lit sut des boîtes de médicaments : Algotropyl, Dafalgan, Doliprane et Efferalgan. Chercher ces boîtes. Lire les indications marquées sur les notices de ces médicaments 1 Ces médicaments ont-ils tous la même formulation ? Ont-ils tous le même principe actif ? (chercher le sens des mots formulation et principe actif). 2. Certains de ces médicaments se dissolvent facilement dans l’eau avec effervescence ; à quoi est due cette effervescence ? 3 Le paracétamol est antalgique et antipyrétique, alors que l’aspirine est antalgique, antipyrétique, anti-inflammatoire et antiagrégant plaquettaire. Chercher le sens de ces quatre propriétés. Partie B Histoire de l'aspirine (extrait de la revue Molécules)

L’aspirine est le plus parlant de ces exemples dont la découverte illustre, dans un saisissant raccourci, l'histoire de la pharmacie au cours des quatre derniers siècles J.-M. Pelt). Ne remontons pas aux observations de Paracelse sur les saules peuplant les marécages infestés de malaria et pourtant habités par des populations qui ne semblaient pas en souffrir, et arrivons immédiatement à la communication de E. Stone, le 2 juin 1763, à la Royal Society de Londres, relative « aux succès de l'écorce de saule dans le traitement de la fièvre ».

Il y avait donc un « principe actif» dans l'écorce de saule. En 1829, le pharmacien Français H. Leroux extrait de celle-ci un constituant, la salicyline. De son côté, le Suisse Pagenstecher, en distillant des fleurs de reine-després (Spiraera ulmaria d'où vient le mot aspirine), obtient l'aldéhyde salicylique, oxydé en acide salicylique par l'Allemand Lowig. Reine-des-prés et écorce de saule, même combat! En 1844, Procter extrait le salicylate de méthyle d'une bruyère et Siredey l'utilise en embrocation pour soigner les arthrites. Dès 1877, ce dernier emploie le salicylate de soude dans le traitement du rhumatisme articulaire aigu, après que L. Riess et S. Stricker eurent montré son activité dans le traitement des fièvres rhumatismales. C'est en 1874 que Kolbe réussit la synthèse de l'acide salicylique à partir du phénol. En 1853, Guerland avait obtenu l'acide acétylsalicylique dont Hofmann découvrit, en 1893, les vertus thérapeutiques. Depuis, le principe de fabrication de l'aspirine, par réaction de l'acide acétique et de l'acide salicylique n'a pas varié. I) .Après avoir lu le texte, répondre aux questions suivantes. 1. Quels sont les « principes actifs » de l’écorce de saule et de Reine-des-près ? 2. On lit : «Reines-des-près et écorce de saule, même combat ! » De quel combat s’agit-il ?

237

3. La formule de l’acide salicylique est représentée ci-contre : a. Quel groupe caractéristique présente ce composé ? b. Écrire l’équation de l'estérification de l'acide salicylique par l'acide acétique, l'ester obtenu est l'acide acétylsalicylique. 4. Quelles sont les vertus thérapeutiques de l'acide acétylsalicylique ? En citer deux. 5. a. Quels inconvénients l'utilisation de l'acide acétique dans l'aspirine présente-t-elle ? b. Donner le nom et la formule du produit dérivé, noté A par la suite, de l'acide acétique qui, par réaction sur l'acide salicylique, permet d'obtenir l'aspirine. Pourquoi le préfère-t-on ? II) Dans la première étape d'une synthèse de l'aspirine, on utilise 4 g d'acide salicylique, 6 mL du composé A, soit 64 mmol et cinq gouttes d'acide sulfurique concentré. 1. Écrire l’équation de la réaction de préparation de l'aspirine. 2. Pourquoi utilise-t-on de l'acide sulfurique concentré? 3. On réalise un chauffage à reflux, faire le schéma légendé de ce dispositif 4. Quel est le réactif limitant? En déduire la masse maximale d'aspirine qu'on peut espérer obtenir. 5. L'acide acétylsalicylique obtenu est impur. Quelle méthode utilise t-on pour purifier ce composé? 6. Après purification, on obtient une masse m = 4,35 g d'aspirine. Déterminer le rendement de cette synthèse. 7. On lit sur une étiquette de médicament « Aspirine tamponnée effervescente ». Sachant que, dans l'excipient accompagnant l'aspirine, il y a de l'hydrogénocarbonate de sodium, expliquez pourquoi cette aspirine est effervescente. Justifier brièvement le mot tamponnée 8. L’aspirine pH8 constitue une autre formulation de l'aspirine. Qu'appelle t-on formulation d'un médicament?

Données: pKa des couples acide / base : CO2, H2O / HCO3- : 6,4

Acide acétylsalicylique / ion acetylsalicylate : 3,8. ACTIVITE 8 Coupe d’un barrage hydroélectrique La figure ci-dessous représente la coupe d’un barrage hydroélectrique. A partir de cette figure expliquer le fonctionnement d’un barrage hydroélectrique.

OH

COOH

238

AnnexesAnnexesAnnexesAnnexes

239

ANNEXE 1 : Schéma de principe de la reconfiguration des programmes selon l’approche par compétences.

COMPETENCES DE CYCLE

Compétences d’année (Seconde)

Compétences d’année ( Terminale)

Compétences d’année (Première)

Définies selon les domaines de la physique et de la chimie

Savoirs

Savoir-faire

Savoir-être

Identification des ressources

Mécanique

Electricité / électromagnétisme

Optique /Onde

Physique

Matière et ses transformations

Chimie des solutions

Chimie organique

Chimie

Evaluation

II

I

III

240

ANNEXE 2

ECHELLE TRIBOELECTRIQUE

Chargeons d’abord un électroscope pour tester différents matériaux.

Si on frotte ces matériaux différents de la même manière, on s'aperçoit que certains se

chargent plus que d'autres. Les lamelles de l'électroscope sont alors plus ou moins

éloignées. Les matériaux n'ont pas donc la même aptitude à se charger.

On peut donc les classer dans un tableau, appelé "Echelle Triboélectrique" (Tribo signifie

"frotter" en grec).

Mains humaines (très sèches)

Fourrure de lapin

Verre

Cheveux humains

Nylon

Laine

Papier

Coton

Matériaux perdant facilement des électrons, ils se chargent positivement.

Acier On ne peut le charger, c’est le point neutre.

Bois

Ambre

Polyester

Polystyrène

Polyéthylène (scotch)

Polyvinyl (PVC)

Silicon

Téflon

Matériaux gagnant facilement des électrons, ils se chargent négativement.

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ANNEXE 3 GRANDEURS PHYSIQUES, MESURES ET CHIFFRES SIGNIFICATIFS I GRANDEURS PHYSIQUES Le monde physique comprend : - l’espace (l’étendue qui nous entoure) ; - la matière ; - l’énergie (à l’état libre sous forme lumineuse par exemple, ou liée à la matière :c’est le cas de la chaleur et du mouvement). Pour décrire les interactions de ces différents domaines, on définit ce qu’on appelle les grandeurs physiques. La masse d‘un corps, son volume, sa température, la durée de chute d’une bille, la puissance d’une ampoule électrique n’en sont que quelques–unes connues de tous. La mesure des grandeurs constitue un aspect essent iel du travail en physique expérimentale. Toute mesure nécessite l’utilisatio n d’unités . Mesurer une grandeur renvient à la comparer à une autre de même nature choisie arbitrairement comme unité. L’objet de la physique réside aussi dans l’établissement et la formulation des lois qui régissent les phénomènes étudiés et de prédire comment se produiront les transformations, toute cette structure s’édifiant à l’aide du puissant outil mathématique. La physique a pour but d’expliquer les phénomènes mais n’a pas la prétention d’en expliquer le pourquoi . GRANDEURS ET UNITES La grande diversité des phénomènes rencontrés par les physiciens les a contraint à définir une multitude de grandeurs physiques. Ils ont choisi un minimum de grandeurs de base dites grandeurs fondamentales. Les unités choisies pour ces grandeurs sont appelé es unités de base ou unités fondamentales et notées par des symboles. Des considérations pratiquent ont conduit au choix de 7 unités de base, c’est-à-dire indépendantes les unes des autres. Les grandeurs dites dérivées sont celles que l’on définit à partir des grandeurs de base par des relations physiques ou mathématiques . Les unités correspondantes, dites unités dérivées s’obtiennent donc par combinaison des unités fondamentales par les mêmes relations mathématiques. Ces unités composées sont donc beaucoup plus nombreuses que les unités fondamentales. Le choix des grandeurs et des unités fondamentales détermine ce qu’il est convenu d’appeler un système d‘unités. Le dernier système a été fixé par les dixième et onzième conférences générales des poids et mesures en 1960 et porte le nom de s ystème international d’unités (SI). EQUATIONS AUX DIMENSIONS Adoptons la convention de désigner par une lettre entre crochets une grandeur dont on envisage uniquement la nature et non la valeur numérique et par des lettres majuscules sans crochet les grandeurs fondamentales : ( L pour longueur, M pour la masse, T pour le temps …)

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Introduisons cette convention dans l’équation de définition d’une grandeur physique, mais en exprimant le second membre uniquement en fonction des grandeurs fondamentales. On obtient ainsi une relation exprimant une grandeur (dans le 1 er membre ) uniquement en fonction des grandeurs fondamentales (dans le second membre). Cette relation est l’équation aux dimensions de la grandeur envisagée . Ces équations permettent donc de déterminer l’unité composée de la grandeur concernée en fonction des unités fondamentales uniquement. Elles permettent la résolution du problème éventuel de conversion d’unités et la détection d’erreurs dans une équation.

Equations aux unités Dimensions

Vitesse :[ ] -1Lv LT

T= =

m /s

Accélération :

[ ] [ ][ ]

-1-2v LT

a LTt T

= = = m/s2

Force :[ ] [ ] [ ] -2F m . a MLT= =

kgm/s2

Travail :[ ] [ ] [ ] 2 -2W F . ML T= =l

kgm2/s2

puissance

[ ] [ ][ ]

2 -2-3W ML T

MLTt T

= = =P kgm2/s3

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DEFINITION DES UNITES DE BASE DU SYSTEME INTERNATIO NAL

Le mètre (m) est la longueur du trajet parcouru dans le vide par la

lumière pendant une durée de 1

299792458 de seconde ( 17e

CGPM(1983) ,résolution 1). Le kilogramme (kg) est l'unité de masse; il est égal à la masse du prototype international du kilogramme (3e CGPM(1901). La seconde (s) est la durée de 9192631970 périodes de la radiation correspondant à la transition entre les deux niveaux hyperfins de l'état fondamental de l'atome de césium 133 (13e CGPM(1967), résolution 1). L'ampère (A) est l'intensité d'un courant constant qui maintenu dans deux conducteurs parallèles, rectilignes, de longueur infinie, de section circulaire négligeable et placés à une distance de 1 mètre l'un de l'autre dans le vide, produirait entre ces deux conducteurs une force égale à 2.10-7 newton par mètre de longueur ( CIPM(1946), résolution 2 approuvée par le 9e CGPM(1948)). Le kelvin (K), unité de température thermodynamique, est la

fraction 1

273,16de la température thermodynamique du point triple

de l'eau (13e CGPM (1967),résolution 4) La mole (mol) est la quantité de matière d'un système contenant autant d'entités élémentaires qu'il y a d'atomes dans 0,012 kilogramme de carbone 12. Lorsqu'on emploie la mole, les entités élémentaires doivent être spécifiées et peuvent être des atomes, des molécules, des ions, des électrons, d'autres particules ou des groupements spécifiés de telles particules (14e CGPM( 1971) résolution 3). La candela (cd) est l'intensité lumineuse, dans une direction donnée, d'une source qui émet un rayonnement monochromatique de fréquence 540.1012 hertz et dont l'intensité énergétique dans

cette direction est 1

683 watt par stéradian (15CGPM (1979)

résolution 3).

Le nom de l'unité s' écrit toujours comme un nom commun sans majuscule même lorsque l'unité provient d’un nom propre. Les symboles sont en caractères romains minuscules. Toutefois, si les symboles dérivent de noms propres, la première lettre est romaine majuscule.

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Exemples : 25 newtons = 25 N ; 1200 joules = 1200 J. ; 500 mètres = 500 m Les symboles ne sont pas suivis de points et ne prennent pas la marque du pluriel .

UNITES SYSTEME INTERNATIONAL Nom de la grandeur Nom de l'unité symbole

Unités fondamentales Longueur mètre m Temps seconde s Intensité de courant électrique

ampère A

Température kelvin K Quantité de matière mole mol Force newton N Angle plan radian rad

Unités dérivées Aire ou superficie mètre carré m2 Volume mètre cube m3 Vitesse mètre par seconde m/s

Vitesse angulaire radian par seconde rad/s Moment d'une force newton.mètre N.m Moment d'inertie kilogramme.mètre

carré kg.m2

Unités mécaniques Travail, énergie, quantité de chaleur

joule J

Puissance watt W pression pascal Pa

Unités électriques Force électromotrice et différence de potentiel (ou tension)

volt V

Résistance électrique

ohm Ω

Intensité de champ électrique

volt par mètre V/m

Conductance électrique

siemens S

Quantité d'électricité, charge électrique

coulomb C

Résistivité ohm.mètre m.Ω Unités thermiques

Capacité thermique joule par kelvin J/K Capacité thermique massique

joule par kilogramme.kelvin

J/kg.K

Unités optiques Vergence dioptrie δ

Unités de temps Fréquence hertz Hz

MULTIPLES facteur préfixe symbole 1018 exa E 1015 péta P 1012 téra T 109 giga G 106 méga M 103 kilo k 102 hecto h 10 déca da

SOUS - MULTIPLES facteur préfixe Symbole 10-1 déci d 10-2 centi c 10-3 milli m 10-6 micro µ 10-9 nano n 10-12 pico p 10-15 femto f 10-18 atto a

AUTRES UNITES D'ENERGIE

1 kW.h = 3, 6.10 6 J 1 W.h = 3600 J 1 thermie = 239.103 J 1 erg = 10 -7 J 1 calorie = 4,185 J (ancienne unité ) 1 eV = 1,602.10-19 J 1 tonne de pétrole libère 4.1010 J 1 tonne de charbon libère 3.1010 J 1 mètre cube de gaz libère 3,7.107 J 1 g d'uranium 235 libère 8.1010 J 1 tonne de TNT libère 1,5.1010 J

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Il existe des unités très utilisées en Physique et en Mathématique, mais qui ne font pas partie du système international. Citons : • Pour les angles : le degré (π rad =180°) ; la minute (1° = 60’) ; la seconde(1’ = 60 s ) . • Pour le temps la minute (1 min = 60 s) ; l’heure (1 h = 60 min). Autres unités Signalons à titre indicatif qu’il existe un certain nombre d’unités, qui n’étant pas utilisées en physique, restent légales dans des domaines d’application particuliers sans toutefois faire partie du S.I. Le tableau ci-dessous donne quelques unités et des domaines d’application.

Unités Domaine d‘application

1 mille marin = 852 m Navigation (maritime ou aérienne)

1 tonneau de mer =2,83 m3 Tonnage des bateaux .

1 nœud = 1 mille marin/h Navigation (maritime ou aérienne )

1 carat (ct) = 0,2 g Masse de perles et de pierres précieuses .

1 tex (tex) =10-6 kg/m Masse linéique des fibres textiles

1 bar =105pascals Météorologie, aéronautique .

Anciennes unités Ci-dessous sont citées quelques unités faisant partie d’anciens systèmes d’unités et leur correspondance en unités SI. La calorie : 1 cal = 4,18 J. Le cheval-vapeur ; 1 CV = 735,5 W. L’ansgtröm : 1 Å = 10-10 m. L’atmosphère ; 1atm = 101325 pascals. L’erg : 1erg =10-7 J.

II ERREUR ABSOLUE, ERREUR RELATIVE Si vous demandez à vos camarades de mesures la longueur de votre table-banc, vous constaterez qu’ils ne trouvent pas tous le même résultat. Des personnes compétentes, disposant d’appareils de mesure performants peuvent aboutir à des résultats différents car toute mesure est entachée d’erreurs. La perfection n’est pas de ce monde comme le dit si bien l'adage. La concentration, l’habileté de l’opérateur, la qualité des instruments influent sur la validité de la mesure. Dès lors se posent certaines questions. - Combien de chiffres doit contenir le nombre qui traduit le résultat d'une mesure ? - Quelle est la validité de ces chiffres ? - Comment exprimer les erreurs commises ? - Est-il possible de connaître l’erreur commise ? Il existe deux sources d’erreurs inévitables : les erreurs systématiques et les erreurs accidentelles. -Les erreurs systématiques sont dues à des instruments imparfaits ou détériorés.

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-Les erreurs accidentelles sont dues à l’imperfection de nos sens et à des imperfections non apparentes des appareils. Les résultats d’une mesure sont donc toujours approchés. On peut caractériser un appareil de mesure par :sa sensibilité, sa fidélité, sa justesse. Nous reviendrons plus loin sur ces qualités. La conception et le choix d’un instrument de mesure dépendent à la fois de la grandeur à mesurer et de la précision requise. Lorsque vous donnez la distance entre deux villes, il est absurde de l’estimer à un mètre près. Il est inconcevable de mesurer les dimensions d’un champ avec un double décimètre. L’utilisation d’une chaîne d’arpenteur est plus judicieuse On n’aura pas besoin de donner les dimensions du champ à 1 mm près. Si au contraire, on veut déterminer l’épaisseur d‘une feuille de papier, il faut disposer d’un instrument qui donne le résultat au 1/100 de mm près. Lorsque nous mesurons la longueur du cahier à l’aide d’une règle graduée en cm, le nombre de mm ne pourra être qu’estimé. Le résultat sera par exemple 18,7 cm ou 18,8 cm selon l’observateur. Si la règle est au contraire graduée en mm, le nombre de dixièmes de mm ne pourra être qu’estimé : le résultat sera par exemple selon l’opérateur 18,75 cm ou 18,76 cm.

III NOTATION SCIENTIFIQUE ET CHIFFRES SIGNIFICATIFS Pour évaluer le nombre de chiffres dit significatifs d’une mesure ou valeur, on peut d’abord exprimer cette mesure à l’aide de la notation scientifique. 1 Notation scientifique. Elle consiste à écrire tout résultat sous la forme a.10n, où « a » est la mantisse (le terme correct est significande) et « n » la puissance de 10 nécessairement entière (donc n ∈Ν) ; et 1< a < 10 (encadrement strict).

Par exemple 239845 = 2,39845.105 et 0,000000896807 = 8,96807.10− 7 2 Chiffres significatifs C’est le nombre de chiffres nécessaires à l’écriture de « a » (lorsqu’il est sous forme de l’écriture scientifique cela va sans dire). Dans les deux exemples précédents, on a 6 chiffres significatifs sur 239845 et sur 0,000000896807 aussi !! Par contre le second nombre le zéro compris entre 8 et 7 compte… Remarque : 000000987452 autant de c.s. que 987452 Et ce n’est pas le seul, de manière générale, tous les zéros écrit avant (c à d à gauche) du résultat sont inutiles par contre ceux qui sont dans ou après sont utiles !! Les chiffres significatifs sont constitués par tous les chiffres qui expriment un résultat à l’exception des 0 qui précédent le premier chiffre différent de 0. Exemples : 1,04 m : 3 chiffres significatifs, 2,040 : 4 chiffres significatifs, 0,032 : 2 chiffres significatifs, 0,00302 : 3 chiffres significatifs 3 L’importance des chiffres significatifs Pour un physicien 742 (Volt, Watt, radian ou Joule ou …) n’est pas égal à 742,0 et encore moins à 742,000…… Cela semble contredire les mathématiques. La différence repose bien sûr sur le nombre de chiffres significatifs utilisé dans les deux cas (3 pour le premier résultat et 6 pour la dernière mesure). Car pour mesurer 742 V ou 742,000 Volt on n’utilise sans doute pas le même appareil ou du moins pas avec les mêmes calibres. La dernière mesure est beaucoup plus précise que la première !!! et c’est bien cela que

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« mesure » le nombre de chiffre significatifs. Car tout résultat de mesure en physique donne de manière implicite sa précision… Les notices techniques des instruments de mesures (du voltmètre au tachymètre en passant par un télémètre sans oublier la verrerie jaugée) donnent les précisions attendues lors d’une utilisation nominale. L’emploi de tel ou tel instrument n’est donc pas forcément équivalent pour effectuer une mesure au centième par exemple… de plus le prix des instruments grimpe avec la précision.

Autre exemple écrire π = 3,14 ou 3,14159 ou bien 3,141592654………. avec des milliards de milliards de chiffres significatifs (il y a des mathématiciens qui se « battent » pour établir des records du nombre de décimales de pi et d’autres nombres dits transcendants ...) ce n’est pas du tout la même chose. En effet le nombre « pi » est utilisé dans des logiciels de cryptage, dans le premier cas votre cryptage sera casé par le premier hackeur venu, par contre dans le second cas il risque (même avec des millions d’ordinateurs –utilisés à l’insu de la volonté de leur propriétaires légitimes bien sûr- en parallèle) d’y passer quelques milliards d’années …ça décourage !

Dans les quatre opérations de base les chiffres significatifs se comporte différemment : 4 Multiplication et Division

Pour ces deux opérations, c’est toujours « le plus petit qui l’emporte », en effet une multiplication (ou une division car c’est la même chose !) ne peut pas augmenter la précision sur une valeur . Par exemple : 2,0007 × 5,4 = 11 !!! la calculatrice affiche (si vous le lui permettez) 10,80378 mais il n’y a que deux chiffres significatifs « sur » 5,4 donc il ne peut pas y en avoir plus sur le résultat final d’où l’arrondi à 11 ! De même 8,841/2 donne 4 ! la calculette affiche 4,4205 …. 5 Additions et Soustractions Pour les additions et soustractions, c’est un peu plus compliqué….. On a par exemple 8,3567 + 2,23 ≠ 10,5867 car c’est 2,23 qui impose son non plus son nombre de chiffres significatifs mais le nombre de chiffres après la virgule !!! d’où 8,3567 + 2,23 = 10,59 ! on obtient donc un résultat qui a quatre chiffres significatifs alors que ses « parents » en avaient respectivement 5 et 3 !!! Et 10 000,1 2,0505 donne 9998 … car on ne peut retrancher 0,0505 à 0,1 …. Car on n’a pas assez de précision sur le « 0,1 » pour pouvoir effectuer la soustraction ! Ici le résultat a 4 chiffres significatifs alors qu’on partait de 6 et 5 !!!! Ce qui sert de guide dans ce cas, c’est la notion de précision !! une addition ou une soustraction ne peut pas donner plus de précision (sur les chiffres après la virgule, car c’est là que le bât blesse) que ce que permettent les chiffres après la virgule des « parents » Par contre quand il n’y a pas de chiffres après la virgule, les opérations s’effectuent de manière classique. Par exemple : 25 + 3652 est bien égal à 3677 !!! 6 Opération avec les logarithmes Si l’intensité acoustique Io vaut 7,82.10−5 Wm−2,, le niveau acoustique No vaut 78,9321 …. soit 79 dB … Oui mais vous allez me dire « il y avait 3 cs sur Io et il n’y en a plus que deux sur No » . Essayez de calculer N1 et N2 avec respectivement I1 = 7,90 10-5 Wm−2,, , et I2 = 7,80.10--5 Wm−2,

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Vous obtenez N1 = 78,9763 et N2 = 78,9209 …ce qu’on arrondi dans les deux cas à 79 dB Cela vient du fait que la fonction log(x) « tasse » énormément les variations de x ... et d’ailleurs c’est pour cela qu’on l’a choisit (afin de ne pas raisonner avec des 10-2 Wm−2, - voire moins - et des 10+2 Wm−2, − ce qui fait 14 ordre de grandeurs ….). La fonction log fait perdre de la précision !!!!!! Donc n’essayez pas ne noter des niveaux N avec plus de chiffres significatifs que I c’est carrément illusoire …. Par contre dans l’autre sens si N3 = 28 dB vous avez I3= 6,3 10−10 Wm- 2. et si N4 = 28,2 dB vous avez I4= 7,1 10−10 Wm−2,., là les variations de la valeur de N se répercutent sur celle de I

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