Physique - Le programme

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PROPRIETES PHYSIQUES DE LA MATIERE: L’ETAT GAZEUX

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Objectif général : connaître les caractéristiques de l’état gazeux

Objectifs spécifiques:

OS 1 -connaître les propriétés fondamentales des gaz.

OS 2 -connaître la notion de pression et la signification physique

de la pression atmosphérique.

OS 3 -savoir que l’air a une masse.

Objets ou phénomènes support

-pompe à vélo, ballon, seringue (sans aiguille), manomètre, bouteille

de gaz butane, briquet à gaz, capsule manométrique.

- gonflage d’un pneu

Contenus

Savoirs et savoir-faire

Commentaires

- Compressibilité et expansibilité

des gaz.

- Pression atmosphérique, mesure

des pressions.

- Masse d’un gaz.

* Savoir visualiser une pression par

observation d'une dénivellation dans un

tube de verre.

* Connaître la pression atmosphérique et

quelques unités de pression.

* Savoir comparer des pressions.

* Connaître la masse d'un litre d'air et celle

de certains gaz courants.

Utiliser une seringue dépourvue de son aiguille ou une pompe à vélo pour montrer expérimentalement la compressibilité et l'expansibilité des gaz; reliée à un tube en U elle permet de visualiser les différences de pression.

La relation entre force, surface et pression n’est pas au programme. Unité de pression : le Pascal.

On réalisera l’expérience du verre plein d’eau recouvert d’une feuille de papier et retourné pour mettre en évidence l’existence de la pression atmosphérique.

Pression atmosphérique normale : 1 013 hecto Pascal (1 013 hPa = 101 300 Pa ).

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PROPRIETES PHYSIQUES DE LA MATIERE: CALCUL DES MASSES VOLUMIQUES

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Objectif général : connaître la définition de la masse volumique

Objectifs spécifiques:

OS 1 -savoir déterminer expérimentalement la masse volumique

des solides, des liquides.

OS 2 -connaître les unités de masse volumique.

OS 3 -savoir calculer une masse ou un volume à partir de

l’expression de la masse volumique.

Objets ou phénomènes support:

-éprouvette graduée ou récipient gradué (gobelet, biberon , etc)

balance , masses marquées, bouteille d’eau de Coyah, bouteille

transparente

-règle graduée.

-éprouvette graduée ou récipient gradué (gobelet, biberon , etc)

balance , masses marquées, bouteille d’eau de Coyah, bouteille

transparente

-règle graduée.

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PROPRIETES PHYSIQUES DE LA MATIERE CALORIMETRIE

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Contenus

Savoirs et savoir-faire

Commentaires

- Principe des échanges de chaleur.

- Température d'équilibre.

- Invariance de la température lors

des changements d'état d'un corps

pur.

Savoir expliquer le principe des

échanges de chaleur , lorsqu'on met en

contact des masses d'eau ayant des

températures différentes.

* Savoir observer expérimentalement

l'invariance de la température pendant la

fusion de la glace et l'ébullition de l'eau

pure.

* Savoir expliquer le principe de fabrication

d’une bouteille thermos.

On se limitera au simple principe des échanges de chaleur, sans parler de celui des transformations inverses .

Le professeur devra s'abstenir de calculer les quantités de chaleur mais il expliquera que la quantité de chaleur perdue par l'eau chaude est égale à la quantité de chaleur reçue par l'eau froide (aucune formule).

Les expériences d’ébullition peuvent être dangereuses et ne seront faites que par le professeur.

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PROPRIETES PHYSIQUES DE LA MATIERE: ETUDE QUALITATIVE DE LA DILATATION

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Objectif général : savoir que les dimensions des solides, les volumes des liquides et des gaz varient en fonction de la température.

Objectifs spécifiques:

OS 1 -savoir réaliser des expériences montrant la dilatation des

solides, des liquides et des gaz.

OS 2 -connaître des exemples d’application des phénomènes de

dilatation.

Objets ou phénomènes support:

-bilames, joints de ponts et rails, vases d’expansion des circuits de

refroidissement des moteurs de voiture, papier à cigarette en

aluminium, récipient à couvercle, ballon de baudruche, paille à boire,

bouteille d’eau de Coyah .

Contenus

Savoirs et savoir-faire

Commentaires

- Dilatations des solides et des

liquides.

- Applications pratiques de ces

dilatations.

- Dilatation des gaz à pression

constante.

* Savoir réaliser des expériences simples montrant l'influence de la chaleur sur la longueur et le volume des corps : fil métallique, eau.

* Connaître la nécessité des joints de

dilatation dans les rails , les ponts ...

* Connaître des exemples d'utilisation de la dilatation : cerclage des roues ...

* Connaître des exemples de bilames et

leur utilisation : coupe-circuit ...

On se limitera pour la dilatation des liquides et des solides à une étude qualitative expérimentale (pas de formulation mathématique) à l'aide d'exemples tels que bilames, thermomètre à liquide, joints de dilatation des rails de chemin de fer...

On étudiera expérimentalement la dilatation de l’eau en utilisant une bouteille en verre surmontée d’un tube transparent (gaine de Bic entourée de tissu pour l’étanchéité), des bougies servant de moyen de chauffage.

On étudiera la dilatation d’un gaz à partir de l’expérience de l’ébullition de l’eau dans un récipient surmonté d’un couvercle.

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PROPRIETES PHYSIQUES DE LA MATIERE: TRANSMISSION DE LA CHALEUR

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Objectif général : connaître les trois modes de transmission de la chaleur dans les solides, les liquides et les gaz.

Objectifs spécifiques:
OS 1 -vérifier expérimentalement le phénomène de conduction

dans les solides.

OS 2 -vérifier expérimentalement le phénomène de rayonnement.

OS 3 -vérifier expérimentalement le phénomène de convection

dans les liquides et les gaz et expliquer ce phénomène par

la variation de la masse volumique des fluides chauffés.

OS 4 -connaître les procédés de limitation de transmission de la

chaleur : isolation thermique.

Objets ou phénomènes support:

-thermomètre, bouteille thermos, glacière, poignée de casserole, foyer

amélioré.

-influence de l’épaisseur et de la nature des briques sur la

«climatisation» naturelle des maisons en zone tropicale

(constructions anciennes et modernes) , bougie, fil métallique.

Contenus

Savoirs et savoir-faire

Commentaires

- Propagation de la chaleur.

- Isolation thermique.

- Masse volumique et température.

- connaître le phénomène de conduction et ses applications.

- connaître le phénomène de

rayonnement et ses applications.

* connaître le phénomène de convection.

* connaître la relation entre masse

volumique et température.

* savoir repérer des exemples de :

- convection (air de l'atmosphère)

- conduction (liquide chauffé)

- rayonnement (soleil).

* Savoir faire l'étude des objets

techniques : glacière, bouteille thermos

foyer amélioré.

L'étude de la transmission de la chaleur fera largement appel à l'observation des objets usuels tels que casserole, théière, verre, bouteille thermos, glacière, en détaillant le rôle des matériaux rencontrés : métal, bois, matière plastique, etc...

Les expériences de conduction et de convection (eau contenant de la sciure de bois) seront réalisées en utilisant un chauffage simple par bougie par exemple.

On devra également faire étudier par des recherches et exposés faits par les élèves les foyers améliorés et on détaillera leur fonctionnement et leurs avantages.

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ELECTRICITE: AIMANTS ET BOBINES

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Objectif général : connaître l’analogie entre aimants et bobines

Objectifs spécifiques :

OS 1 -connaître les propriétés des aimants.

OS 2 -fabriquer une bobine et identifier ses faces.

OS 3 -montrer expérimentalement que la nature des faces

dépend du mode de branchement de la bobine aux bornes du générateur.

OS 4 -mettre en évidence expérimentalement l’analogie aimant-bobine.

OS 5 -fabriquer un électroaimant.

OS 6 -montrer expérimentalement que l’aiguille aimantée réagit au

passage du courant électrique.

Objets ou phénomènes support :

-aimants, fil électrique avec gaine isolante, aiguille aimantée, piles,sonnette électrique , boussole.

Contenus

Savoirs et savoir-faire

Commentaires

- Propriétés des aimants, pôles,

interactions entre les pôles,

boussole.

- Face nord et face sud d'une

bobine.

- Détecteur de courant : aiguille

aimantée.

- Electroaimant et son application : le

relais.

* Connaître les interactions entre les

aimants et les corps ferreux et le nickel.

* Connaître les interactions entre aimants.

* Savoir utiliser une boussole pour s’orienter.

* Savoir réaliser une bobine simple et

trouver expérimentalement ses faces.

* Savoir comparer les interactions

aimant-bobine et bobine-bobine.

* Savoir détecter expérimentalement le

passage d’un courant électrique.

* Savoir réaliser un électro-aimant simple

à l'aide d'un clou en fer et de fil

conducteur.

* Savoir utiliser un relais dans un circuit

simple.

On identifiera expérimentalement les pôles de différents aimants avec des aimants droits et longs de préférence.

On fabriquera une aiguille aimantée par frottement des extrémités d'une aiguille à coudre sur les pôles d'un aimant et on l’utilisera comme boussole et détecteur de courant électrique.

Le professeur réalisera une bobine avec du fil émaillé de récupération; le passage du courant électrique devra être bref afin d’éviter les échauffements.

La similitude des interactions aimant-aimant , aimant-bobine , bobine-bobine , permettra de montrer l'analogie aimant bobine et servira à identifier les faces d'une bobine.

En observant les effets des deux modes de branchement possibles de la bobine aux bornes de la pile, on différenciera expérimentalement les faces d’une bobine.

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ELECTRICITE : ELECTROMAGNETISME

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Objectif général : comprendre l’interaction entre un aimant et une bobine parcourue par un courant

Objectifs spécifiques :

OS 1 -décrire l’action sur un aimant d’une bobine parcourue

par un courant.

OS 2 -décrire et expliquer le fonctionnement du haut-parleur

et du micro.

OS 3 -expliquer le principe de fonctionnement d’un moteur à

courant continu.

Objets ou phénomènes support:

-haut- parleur, micro, moteur électrique à courant continu, boussole,aimant, piles, maquette de moteur à courant continu.

Contenus

Savoirs et savoir-faire

Commentaires

- Détecteur de courant.

- Haut-parleur et micro.

- Moteur à courant continu.

* Connaître l'action sur un aimant d'une

bobine parcourue par un courant,

appliquer au détecteur à boussole.

* Connaître le détecteur à cadre mobile.

* Savoir décrire la constitution et le

fonctionnement du haut-parleur et du

micro.

* Savoir décrire la constitution du moteur à

courant continu et savoir expliquer le

principe de son fonctionnement.

On réalisera l’expérience d’interaction entre une bobine parcourue par un courant et un aimant.

Le détecteur à cadre mobile sera décrit et schématisé au tableau et on détaillera le principe de son fonctionnement.

Sur des schémas simplifiés au tableau, on expliquera la fonction des différentes pièces constitutives d'un haut-parleur et d'un micro.

On construira une maquette fonctionnelle d’un moteur à courant continu pour pouvoir raisonner sur un objet d’étude concret; au cours de l’explication du mode de fonctionnement de ce moteur, des schémas seront établis au tableau avec les élèves pour matérialiser les différentes positions du rotor-bobine par rapport aux pôles fixes de l’aimant, avec les interactions correspondantes : attractions et répulsions qui déterminent la rotation du rotor.

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ELECTRICITE: PHENOMENE D’ELECTRISATION

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Objectif général : connaître les deux sortes d’électricité.

Objectifs spécifiques :

OS 1 -réaliser expérimentalement l’électrisation par frottements.

OS 2 -mettre en évidence expérimentalement l’existence de deux sortes d’électricité par électrisation du verre et du plastique.

OS 3 -connaître les différents modes d’électrisation : frottement, contact, approche (induction).

OS 4 -savoir que deux corps chargés d’électricité de même signe se repoussent tandis que deux corps chargés d’électricité de signes différents s’attirent.

Objets ou phénomènes support:

-tiges en verre, en plastique, chiffon en laine, paille à boire, pendule

électrostatique, peigne, gaine de stylo en plastique, papier

aluminium, potence, fil de coton.

Contenus

Savoirs et savoir-faire

Commentaires

- Phénomène d'électrisation.

- Les deux sortes d’électricité.

- Structure simple de l’atome.

- Règle de l’interaction entre

charges positives et négatives.

- Electrisation par frottement, par

contact, par approche (induction).

* Savoir, à partir de phénomènes

d'électrisation, distinguer les deux

sortes d'électricité.

* Connaître la structure de l’atome :

noyau central positif entouré par des

électrons négatifs.

* Connaître la règle des interactions entre

charges positives et négatives.

* Connaître les différents modes

d’électrisation

On exécutera le plus possible d'expériences sur l'électrisation (choisir un jour où l’atmosphère est peu humide) et ses caractéristiques et on interprètera ce phénomène à partir de la connaissance simple de la structure de l’atome : manque ou excès d’électrons.

On fera découvrir expérimentalement la règle d’interaction entre charges positives et négatives.

On fabriquera un pendule électrostatique avec du papier aluminium, une potence et un fil de coton.

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ELECTRICITE : COURANT ELECTRIQUE DANS LES METAUX

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Objectif général : savoir que le courant électrique dans un métal est dû à un déplacement d’électrons libres.

Objectifs spécifiques:

OS 1 -connaître la structure d’un métal.

OS 2 -connaître la nature du courant électrique.

Objets ou phénomènes support:

- métaux : fer, aluminium, cuivre,...

- isolants : bois, matières plastiques,- l’eau.

Contenus

Savoirs et savoir-faire

Commentaires

- Structure d’un métal.

- Conductibilité électrique.

* Connaître la structure des métaux.

* Connaître le déplacement des charges

électriques dans les conducteurs.

* Cas des isolants.

A partir de la structure des atomes, on indiquera de façon simple la possibilité de déplacement des électrons pour les matériaux métalliques appelés conducteurs du courant électrique.

On indiquera qu’il n’y a pas de déplacement possible des électrons pour les non conducteurs.

On signalera que l’eau est conductrice du courant électrique sans parler des ions.

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ELECTRICITE: INTENSITE ET TENSION ELECTRIQUES

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Objectif général : connaître les notions d’intensité et de tension du courant électrique et leurs mesures.
Objectifs spécifiques:

OS 1 -connaître le rôle du générateur dans un circuit électrique.

OS 2 -connaître les notions d’intensité et de tension.

OS 3 -savoir mesurer l’intensité du courant dans un circuit.

OS 4 -savoir mesurer la tension aux bornes d’un circuit.
Objets ou phénomènes support:

- ampèremètre, voltmètre, générateur, lampes, fils de connexion,supports de lampe, moteur, diode .

Contenus

Savoirs et savoir-faire

Commentaires

- Sens conventionnel du courant.

- Calibre de l’ appareil.

- Intensité du courant électrique,

unité et mesures.

- Tension entre deux points, unité et

mesures.

* Savoir qu’un générateur unique impose

le sens du courant dans le circuit et

savoir le représenter sur un schéma.

* Connaître la fonction et l’usage du

sélecteur de calibre.

* Savoir utiliser un ampèremètre :

montage, polarité, calibre.

* Savoir utiliser un voltmètre : montage,

polarité, calibre.

On insistera sur le fait que le générateur impose le sens du courant dans toutes les branches du circuit.

On fera remarquer qu'il existe une tension aux bornes d'un générateur même lorsqu'il ne débite aucun courant, dans un circuit ouvert , alors qu'une tension aux bornes d'une portion de circuit est nécessaire pour qu'un courant électrique y circule.

On introduira les deux types d’appareils : à aiguille et à affichage numérique.

La possibilité d’utiliser différents calibres pour une même mesure sera concrètement expliquée sur des exemples; on détaillera le processus de calcul de la valeur mesurée en fonction du calibre utilisé.

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ELECTRICITE : ETUDE DES CIRCUITS SIMPLES

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Objectif général : savoir mesurer l’intensité et la tension dans les circuits en série et en parallèle

Objectifs spécifiques:

OS 1 -vérifier expérimentalement l’unicité de l’intensité dans

un circuit série.

OS 2 -vérifier expérimentalement l’additivité des tensions dans

un circuit série.

OS 3 -vérifier expérimentalement l’unicité de la tension dans

un circuit parallèle.

OS 4 -vérifier expérimentalement l’additivité des intensités dans

un circuit parallèle.

Objets ou phénomènes support:

- guirlande électrique, circuit de distribution électrique de la maison,

de la ville, voltmètre, ampèremètre, générateur, lampes, fils de

connexion.

Contenus

Savoirs et savoir-faire

Commentaires

- Circuit sans dérivation : additivité

des tensions et unicité de l'intensité.

- Circuit comportant des dérivations :

unicité de la tension et additivité

des intensités aux bornes de la

dérivation.

* Savoir mesurer dans un circuit série

simple l'intensité du courant électrique

et les tensions aux bornes.

* Savoir faire le schéma et énoncer la loi

correspondante.

* Savoir mesurer sur un circuit simple

avec dérivations les intensités du

courant électrique et la tension aux

bornes.

* Savoir faire le schéma et énoncer la loi

correspondante.

Si l'on ne dispose pas d'un voltmètre et d'un ampèremètre on pourra comparer les éclats de lampes identiques montées en série ou en dérivation aux bornes d'une même pile.

On insistera sur le vocabulaire à utiliser : intensité du courant dans le circuit et tension aux bornes du circuit ou aux bornes d’une lampe.

Dans tous les cas on attachera une grande importance à l'exactitude des schémas, en montrant pour les montages en dérivation les diverses schématisations possibles.

On insistera particulièrement sur le passage des schémas aux circuits réels et des circuits réels aux schémas, sous forme d’exercices permettant un réel apprentissage par les élèves.

Physique: Le programme

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