Programme de physique - chimie - Quatrième

L'air est un mélange de dioxygène et diazote.
Le dioxygène est nécessaire la vie.
Une fumée est constituée de micro-particules solides en suspension.

 

 

Étude de documents sur l'atmosphère et la composition de l'air, sur la respiration. [B2i]
Enquête sur la pollution atmosphérique et ses conséquences : problèmes respiratoires, effet de serre et réchauffement de la Terre, trou dans la couche d'ozone…, part de responsabilité individuelle et collective…
Rédaction d’un compte-rendu de l'enquête.

L’état gazeux est un des états de la matière.
Un gaz est compressible.

Interpréter une expérience par la matérialité de l’air.
Mettre en évidence le caractère compressible d'un gaz.

Compression de l'air contenu dans un piston ou une seringue, associée à la mesure de sa pression.

Utiliser un capteur de pression.

Unités de volume et de masse
1 L = 1 dm³ ; 1 mL = 1 cm³.

Maîtriser les unités et les associer aux grandeurs correspondantes.

Un litre d’air a une masse de l’ordre du gramme dans les conditions usuelles de température et de pression.
Un volume donné de gaz possède une masse.

Mesurer des volumes ; mesurer des masses.

 

 

Dégonflage ou gonflage d’un ballon à volume constant associé à la mesure de sa masse.

 

 

Un modèle particulaire pour interpréter :
- la compressibilité d’un gaz ;
- la distinction entre mélange et corps pur pour l’air et la vapeur d’eau ;
- la conservation de la masse lors des mélanges en solutions aqueuses et des changements d’état de l’eau.
L’existence de la molécule.
Les trois états de l’eau à travers la description moléculaire :
- l’état gazeux est dispersé et désordonné ;
- l’état liquide est compact et désordonné ;
- l’état solide est compact ; les solides cristallins sont ordonnés.

Argumenter en utilisant la notion de molécules pour interpréter :
- la compressibilité d’un gaz ;
- les différences entre corps purs et mélanges ;
- les différences entre les trois états physiques de l’eau ;
- la conservation de la masse lors des mélanges en solutions aqueuses et des changements d’état de l’eau ;
- la non compressibilité de l’eau ;
- la diffusion d’un gaz dans l’air ou d’un soluté dans l’eau.

 

 

 

Étude documentaire sur l’histoire du modèle
moléculaire. [B2i]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Réalisation de mélanges en solutions aqueuses pour
vérifier la conservation de la masse.
Mise en évidence de la non compressibilité de l’eau.
Mise en évidence de la diffusion d’un gaz odorant (parfum) dans l’air ou d’un colorant dans l’eau.

Percevoir les différences entre réalité et simulation.

 

Observation et analyse de simulations concernant l’agitation moléculaire dans les liquides et les gaz.

Une combustion nécessite la présence de réactifs
(combustible et comburant) qui sont consommés au
cours de la combustion ; de nouveaux produits se
forment.

La combustion du carbone nécessite du dioxygène et
produit du dioxyde de carbone.

Réaliser, décrire et schématiser la combustion du carbone dans le dioxygène.

Réalisation de quelques transformations avec du dioxygène et caractérisation des produits formés :

Test du dioxyde de carbone : le dioxyde de carbone réagit avec l’eau de chaux pour donner un précipité de carbonate de calcium.

Identifier lors de la transformation les réactifs (avant transformation) et les produits (après transformation)

 

 

- combustion du carbone (morceau de fusain) dans le dioxygène, test du dioxyde de carbone, précipité de carbonate de calcium ;
- combustion du butane et/ou du méthane, test du dioxyde de carbone et de l’eau formés.

La combustion du butane et/ou du méthane dans l’air nécessite du dioxygène et produit du dioxyde de carbone et de l’eau.
Ces combustions libèrent de l’énergie.

Réaliser, décrire et schématiser la combustion du butane et/ou du méthane dans l’air.

 

Certaines combustions incomplètes peuvent être
dangereuses.

 

 

Étude documentaire [B2i] :
- danger des combustions incomplètes et des combustions explosives ;
- effets sur l’organisme humain du monoxyde de carbone ;
(prévention des accidents et des incendies, consignes en cas d'accident et d'incendie).

Lors des combustions, la disparition de tout ou partie des réactifs et la formation de produits correspondent à un réarrangement d'atomes au sein de nouvelles molécules.

 

Réaliser des modèles moléculaires pour les réactifs et les produits des combustions du carbone, du butane et/ou du méthane (aspect qualitatif et aspect quantitatif).

 

 

 

Illustration à l'aide de modèles moléculaires compacts ou de simulations des réactifs et des produits des deux ou trois réactions chimiques suivantes :
- carbone + dioxygène → dioxyde de carbone ;
- butane + dioxygène → dioxyde de carbone + eau ;
- méthane + dioxygène → dioxyde de carbone + eau.

 

Les atomes sont représentés par des symboles, les molécules par des formules (O₂, H₂O, CO₂, C₄H₁₀ et/ou CH₄).
L'équation de la réaction précise le sens de la transformation.
Les atomes présents dans les produits (formés) sont
de même nature et en même nombre que dans les réactifs.

Utiliser les langages scientifiques à l’écrit et à l’oral pour interpréter les formules chimiques.
Écrire les équations de réaction pour les combustions du carbone, du butane et/ou du méthane et expliquer leur signification (les atomes présents dans les produits formés sont de même nature et en même nombre que dans les réactifs).

 

Utilisation d’un logiciel de présentation de molécules.
[B2i]

 

 

 

 

La masse totale est conservée au cours d'une transformation chimique.

Illustration de la conservation de la masse sur l’exemple de la réaction, en flacon étanche, du carbonate de calcium avec de l'eau acidifiée.

L’intensité d’un courant électrique se mesure avec un ampèremètre branché en série.
Unité d’intensité : l’ampère
Symbole normalisé de l'ampèremètre.

Brancher un multimètre utilisé en ampèremètre et mesurer une intensité.
Schématiser le circuit et le mode de branchement du multimètre pour mesurer une intensité positive.

 

Prévision du comportement qualitatif de circuits comportant des dipôles en série et en dérivation, ouverts ou fermés.
Mesure d’une intensité avec un multimètre numérique, avec un capteur éventuellement.

La tension électrique aux bornes d'un dipôle se mesure avec un voltmètre branché en dérivation à ses
bornes.
Unité de tension : le volt.
Symbole normalisé du voltmètre.

Notion de branche et de noeud.

 

Il peut y avoir une tension entre deux points entre lesquels ne passe aucun courant ; un dipôle peut être parcouru par un courant sans tension notable entre
ses bornes.

Brancher un multimètre utilisé en voltmètre et mesurer une tension.
Schématiser le circuit et le mode de branchement du multimètre pour mesurer une tension positive.

Repérer sur un schéma ou sur un circuit les différentes branches (principale et dérivées) et les noeuds éventuels.

Identifier les bornes d'une pile, mettre en évidence la tension entre ses bornes en circuit ouvert.

 

Mesure d’une tension avec un multimètre numérique, avec un capteur éventuellement.
Présentation des règles d'utilisation d'un multimètre pour réaliser des mesures de tension et d'intensité.

 

 

 

 

 

 

Lois d’unicité de l'intensité en courant continu dans un circuit série et d’additivité de l’intensité dans un circuit comportant des dérivations.

Vérifier l'unicité de l'intensité en courant continu dans un circuit série et l’additivité de l’intensité dans un circuit comportant des dérivations.

 

Mise en évidence expérimentale des lois concernant l'intensité :
- unicité dans un circuit en boucle simple ;
- additivité pour un circuit omportant des dérivations.

Lois d’additivité des tensions dans un circuit série et d’égalité des tensions aux bornes de deux dipôles en dérivation.

Vérifier l'additivité de la tension dans un circuit série.

 

 

Mise en évidence expérimentale des lois concernant la tension :
- égalité des tensions aux bornes de deux dipôles en dérivation ;
- additivité des tensions le long d'un circuit série.

Le comportement d’un circuit série est indépendant de l’ordre des dipôles qui le constituent.
Caractère universel (indépendant de l’objet) des lois précédentes.

 

 

 

Mise en évidence expérimentale du fait que si l'on change l'ordre des éléments d'un circuit en boucle
simple, on ne change aucune des valeurs des grandeurs (tension aux bornes et intensité) qui les
concernent.
De même, mise en évidence expérimentale du fait qu'en changeant le circuit, par exemple en rajoutant
une lampe en série, les valeurs des grandeurs changent mais les lois demeurent.

Pour fonctionner normalement, un dipôle doit être adapté au générateur utilisé.
Intensité et tension ominales
Surtension et sous-tension.

Prévoir le fonctionnement d’une lampe connaissant sa tension nominale et la tension du générateur branché à ses bornes.
Interpréter en termes de tension ou d’intensité l’éclat d’une lampe dont on connait les valeurs nominales.

Choix, dans un assortiment de lampes, de celles que l'on peut alimenter avec une pile donnée.

 

 

Pour un générateur donné, dans un circuit électrique série :
. l’intensité du courant électrique dépend de la valeur de la « résistance » ;
. plus la « résistance » est grande, plus l’intensité du courant électrique est petite ;
. l’intensité du courant ne dépend pas de la place de la « résistance ».
L’ohm (Ω) est l’unité de résistance électrique du SI.

Observer expérimentalement l’influence de la résistance électrique sur la valeur de l’intensité du courant électrique.
Utiliser un multimètre en ohmmètre.

 

À partir d’un questionnement, aboutir à la mesure de l’intensité d’un courant électrique traversant des « résistances » différentes alimentées par un même
générateur dans un circuit série.
Utilisation d’un multimètre en ohmmètre.

Le générateur fournit de l’énergie à la résistance qui
la transfère essentiellement à l’extérieur sous forme de chaleur (transfert thermique).

 

Recherche documentaire sur les appareils électriques domestiques chauffants (radiateur, grille-pain, sèche cheveux, fer à repasser…).
Comportement du filament d’une lampe à incandescence soumis à différentes tensions.

 

Énoncé de la loi d’Ohm et relation la traduisant en précisant les unités.
Un dipôle ohmique satisfait à la loi d’Ohm ; il est caractérisé par une grandeur appelée résistance
électrique.

 

Sécurité : coupe-circuit.

Schématiser puis réaliser un montage permettant d’aboutir à la caractéristique d’un dipôle ohmique.
Présenter les résultats des mesures sous forme de tableau.
Tracer et exploiter la caractéristique d’un dipôle
ohmique.
Utiliser la loi d’Ohm pour déterminer l’intensité du courant dans une « résistance » connaissant sa valeur et celle de la tension appliquée à ses bornes.

 

Construction point par point de la caractéristique d’une « résistance ».
Construction à l’aide d’un tableur-grapheur de la caractéristique d’une « résistance » [B2i]
Acquisition de cette même caractéristique à l’ordinateur.

La lumière blanche est composée de lumières colorées.
La lumière blanche peut être décomposée à l’aide d’un prisme ou d’un réseau : on obtient un (ou des) spectre(s) continu(s) de lumière.

Réaliser la décomposition de la lumière en utilisant un prisme ou un réseau.

 

 

Réalisation d’un spectre continu.

 

 

 

Éclairé en lumière blanche, un filtre permet d’obtenir une lumière colorée par absorption d’une partie du spectre visible.

Utiliser des filtres pour obtenir des lumières colorées.

 

Obtention de lumières colorées avec des filtres.
Diffusion d’une lumière colorée par un écran coloré éclairé en lumière blanche.

Des lumières de couleurs bleue, rouge et verte permettent de reconstituer des lumières colorées et la lumière blanche par synthèse additive.

 

 

 

Obtenir des lumières colorées par superposition de lumières colorées.

 

 

 

 

 

Obtention de lumières colorées par superposition de lumières colorées.

Activités documentaires :
utilisation de la synthèse additive des couleurs (écrans de télévision et d’ordinateurs).
Utilisation de logiciels de simulation pour la synthèse additive des lumières colorées.
[B2i]

La couleur perçue lorsqu’on observe un objet dépend de la lumière diffusée par cet objet, donc de la lumière qu’il reçoit et de la lumière qu’il absorbe.

Réaliser des expériences mettant en jeu des lumières, des écrans, des filtres pour mettre en évidence le fait que la couleur d’un objet dépend de la lumière qu’il reçoit et de la lumière qu’il absorbe.

Mise en évidence de l'influence de la lumière incidente et de l'objet diffusant sur la couleur reçue en observant celui-ci, en utilisant des lumières, des écrans, des filtres.

En absorbant la lumière, la matière reçoit de l’énergie. Elle s’échauffe et transfère une partie de l’énergie reçue à l’extérieur sous forme de chaleur.

Activités documentaires :
- utilisation des filtres colorés ;
- éclairages de scènes, jeux de lumière…
Recherche documentaire :
- présentation des récepteurs de la vision diurne.

Dans certaines positions de l’objet par rapport à la lentille, une lentille convergente permet d’obtenir une image sur un écran.

Obtenir avec une lentille convergente l’image d’un objet sur un écran.

 

 

Réception d’images sur des écrans diffusants

 

 

 

Il existe deux types de lentilles minces, convergente et divergente.

 

 

 

Distinguer une lentille convergente d’une lentille divergente.

 

 

 

 

 

Lentilles à bords minces et bords épais.
Analyse de l’effet d’une lentille convergente ou divergente sur un faisceau de lumière parallèle.
Utilisation d’un logiciel montrant le trajet des
faisceaux de lumière.
[B2i]
Recherche documentaire et présentation : histoire de l’invention de la lentille.
Visualisation du foyer de différentes lentilles minces convergentes et mesure de leurs distances focales.

Une lentille mince convergente concentre pour une source éloignée l’énergie lumineuse en son foyer.
Sécurité : danger de l’observation directe du soleil à travers une lentille convergente.

Trouver expérimentalement le foyer d’une lentille convergente et estimer sa distance focale.

 

 

Mise en place d’une sonde de température ou d’une feuille de papier placée au foyer d'une lentille convergente éclairée par le Soleil ; étymologie du mot foyer.
Recherche documentaire :
risque d’incendie avec un tesson de bouteille en forêt.

La vision résulte de la formation d’une image sur la rétine, interprétée par le cerveau.
Les verres correcteurs et les lentilles de contact correctrices sont des lentilles convergentes ou divergentes.

Identifier les éléments de l’oeil sur un modèle élémentaire (ensemble des parties transparentes de l’oeil/ lentille, rétine/écran).
Réaliser des expériences pour expliquer et corriger les défauts de l’oeil (myopie, hypermétropie).

Utilisation d’une maquette (ou d’un banc d’optique) modélisant l’oeil ou d’un logiciel de simulation pour montrer la formation d’images sur la rétine et les corrections éventuelles de l’oeil.

 

La lumière peut se propager dans le vide et dans des milieux transparents comme l’air, l’eau et le verre.
Vitesse de la lumière dans le vide (3 × 10 ⁸ m/s ou 300 000 km/s).

Faire des calculs entre distance, vitesse et durée.

 

 

 

Études documentaires :
- détermination historique de la valeur de la vitesse de la lumière ;
- recherche des valeurs de la vitesse de la lumière dans des milieux transparents usuels (eau, verre…) :
comparaison avec celle dans le vide et l’air.
[B2i]

Ordres de grandeur de distances de la Terre à quelques étoiles et galaxies dans l’Univers ou des durées de propagation de la lumière
correspondantes.