Programme de physique chimie des classes de collège

PHYSIQUE CHIMIE AU COLLÈGE
Jean JOURDAIN (formateur ac.Orléans-Tours)
1. NIVEAUX CONCERNES ET HORAIRES
CYCLE CENTRAL (5ème et 4ème ): fourchette horaire de 1,5 à 2 h (en général, 1,5 h).
CYCLE D'ORIENTATION (3ème ): 2 h.
Effectifs: classe entière ou groupes selon les possibilités de l'établissement.
2. DECOUPAGE DES PROGRAMMES
Terminologie classique:
•
Cycle central: propriétés physiques de la matière, chimie, optique et électricité.
•
Cycle d'orientation: chimie, mécanique, électricité et optique.
Terminologie du programme:
5ème :
•
A la découverte de notre environnement, la matière: l'eau dans notre environnement.
Le courant électrique: le courant électrique en circuit fermé.
•
4ème
(30 h)
(15 h)
A la découverte de notre environnement, la matière: l'air qui nous entoure; le dioxygène.
(16 h)
La lumière: sources de lumière; propagation rectiligne de la lumière; l’œil, un détecteur de lumière. (20 h)
Le courant électrique: L'intensité et la tension en courant continu.
(9 h)
3ème
Des matériaux au quotidien: quelques propriétés des matériaux; comportement chimique de quelques matériaux;
les matériaux dans l'environnement.
(30 h)
Notre environnement physique:
Mouvement et forces.
(10 h)
Électricité et vie quotidienne: notion de résistance; "le courant alternatif'; installations électriques
domestiques.
(16 h)
Lumière et images.
(4 h)
3. PRESENTATION DU PROGRAMME
Le programme est présenté en trois colonnes:
• Exemples d'activités (souvent sous forme de questionnement).
• Contenus-notions.
• Compétences.
Le questionnement sera le point de départ des activités expérimentales et documentaires. Les liens avec les autres
disciplines sont mentionnés. Les compétences sont disciplinaires mais aussi transversales (en particulier, schéma
narratif et utilisation des liens logiques en argumentation).
Le programme ainsi que les documents d'accompagnement se trouvent sur le cd-rom annexé à la brochure
d'accompagnement du programme de seconde
Le programme aussi peut être analysé selon trois axes:
• Apprentissage de techniques expérimentales et de savoir-faire.
• Apprentissage de connaissances et concepts de base.
• Implication dans la vie courante, éducation à la citoyenneté.
Ce mode de présentation a été retenu ici.
Physique-chimie au collège
TICE-2001 - 1 -
Propriétés physico-chimiques de la matière
Apprentissage de techniques expérimentales et de savoir-faire: activités expérimentales
5ème
4ème
3ème
-
mesures de température, volume, masse; éventuellement pression et d° hygrométrique;
techniques de séparation des mélanges (décantation, filtration, distillation, chromato)
transvasement ou récupération d'un gaz sur la cuve à eau;
changements d'état (graphique);
obtention de mélanges homogène ou hétérogène.
tests de reconnaissance de quelques substances (eau, dioxyde de carbone,..)
-
mesures de température, volume, masse et pression;
réalisation de combustions dans l'air ou le dioxygène pur (réaction chimique);
préparation de substances (protocole expérimental).
-
tests de distinction de différents matériaux;
réalisation de combustions, d'oxydations à froid;
caractérisation de quelques ions;
utilisation de solutions acides ou basiques (règles de sécurité).
Apprentissages de connaissances et concepts de base: phases de structuration et de
modélisation
5ème
notion de corps pur (/ mélange);
les molécules, un modèle pour comprendre les transformations physiques:
conservation des molécules.
4ème
3ème
-
les atomes, un modèle pour comprendre la réaction chimique: conservation des atomes et de la
masse dans une réaction chimique;
-
distinction entre transformation physique et transformation chimique;
-
la structure de l'atome; distinction entre atome et ion;
écriture d'une équation-bilan;
substances naturelles ou de synthèse (quelle différence?).
modèle du courant électrique dans un métal et dans une solution ionique;
équation bilan (oxydation et réaction faisant intervenir des ions), conservation de la
matière et des charges électriques.
Implication dans la vie courante, éducation à la citoyenneté: activités documentaires
5ème
4ème
Le cycle de l'eau, la pollution de l'eau, eau potable et eaux usées, ....
Étude liée à l'environnement; la pollution de l'air.
Incendie.
Les matériaux dans l'environnement, le tri des matériaux, la vie d'un matériau, la pollution... Règles de sécurité
3ème
Électricité
Apprentissage de techniques expérimentales et de savoir-faire: activités expérimentales
5ème
4ème
3ème
•
•
Réaliser un montage électrique à partir d'un croquis ou d'un schéma.
Schématiser un montage réalisé sur la table.
•
•
Réaliser des montages comportant des appareils de mesures.
Utiliser un multimètre en ampèremètre ou en voltmètre (branchement, calibre).
•
Réaliser des montages comportant des appareils de mesures..
Physique-chimie au collège
TICE-2001 - 2 -

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

Utiliser un multimètre en ohmmètre.
Utiliser un oscilloscope.
Faire un relevé manuel et la représentation graphique de la variation d'une tension en fonction du temps.
Obtenir une tension continue à partir d'une tension alternative.
Apprentissages de connaissances et concepts de base: phases de structuration et de
modélisation
5ème

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

Notion de circuit électrique ouvert ou fermé (isolants et conducteurs).
Sens conventionnel du courant.
Différence entre un montage uniboucle (en série) et un montage comportant des dérivations (en parallèle).
Double condition pour le passage du courant (présence d'un générateur et fermeture du circuit).

Lois d'unicité ou d'additivité des intensités ou des tensions dans les deux types de circuits.
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

Loi d'Ohm.
Tension alternative sinusoïdale (fréquence et période, valeur maximale et valeur efficace).
Obtention d'une tension alternative.
Signification d'un oscillogramme.
Obtention d'une tension continue à partir d'une tension alternative.
Puissance et énergie (relations).
Installation électrique domestique (phase, neutre, terre, ....).
4ème
3ème
Implication dans la vie courante, éducation à la citoyenneté: activités documentaires
5ème et 4ème

Ébauche des règles de sécurité.


Production, transport et distribution de l'énergie électrique (tarifs EdF).
Sécurité dans une installation électrique.
3ème
Optique
Apprentissage de
expérimentales
techniques
expérimentales
et
de
savoir-faire:
activités
4ème
Utiliser des sources primaires, un réseau, des filtres.
Réaliser des expériences de diffusion avec des écrans colorés. Matérialiser
des faisceaux de lumière.
Faire des visées.
Utiliser une chambre noire.
Utiliser des photo-composants.
5ème
Positionner une lentille par rapport à un objet pour obtenir une image nette sur un écran. Déterminer
une distance focale.
Apprentissages de connaissances et concepts de base: phases de structuration et de modélisation
4ème
Sources primaires, sources secondaires; diffusion de la lumière.
Signification physique de "voir" un objet.
Premières notions sur la couleur.
Propagation rectiligne de la lumière: modèle du rayon de lumière, interprétation de la formation des ombres.
Structure du système solaire; phases de la Lune et éclipses.
Vitesse de la lumière; distances dans l’Univers.
L'œil et les effets perceptifs.
Physique-chimie au collège
TICE-2001 - 3 -
3ème
Principe de formation des images en optique géométrique.
Distance focale.
Fonctionnement d'un appareil imageur; l'œil , système imageur.
Implication dans la vie courante, éducation à la citoyenneté: activités documentaires
4ème
Règles de sécurité à respecter lors d l'observation de certaines sources (laser, Soleil).
Recherches documentaires sur le système solaire, ....
Illusions d'optique. _
3ème
Utilisation raisonnée d'un appareil imageur.
Mécanique
Apprentissage de techniques expérimentales et de savoir-faire: activités expérimentales

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



Utiliser des techniques d'observation de mouvements.
Reconnaître la nature d'un mouvement à partir d'un enregistrement.
Réaliser des graphiques relatifs aux mouvements de véhicules.
Calculer des vitesses moyennes.
Utiliser un dynamomètre.
Représenter une force localisée par un vecteur et un point d'application.
Apprentissages de connaissances et concepts de base: phases de structuration et de
modélisation


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


Nécessité d'un repère.
Nature d'un mouvement (translation ou rotation; uniforme, accéléré ou ralenti).
Inventaire des actions mécaniques exercées sur un corps et nature de ces actions (de contact ou à distance,
localisée ou répartie); Caractéristiques d'une action mécanique
Modélisation d'une action mécanique par un vecteur et un point d'application.
Relation entre le poids et la masse d'un objet.
Équilibre ou non équilibre d'un corps soumis à deux forces colinéaires et opposées.
Implication dans la vie courante, éducation à la citoyenneté: activités documentaires


• Freinage et distance de sécurité.
• Le poids d'un objet sur la Terre et sur la Lune.
4. Un extrait du programme officiel
(par exemple une page du programme d'électricité de troisième pour montrer la forme)
5. Différentes formes d'activités expérimentales
• "TP classique":
•
•
-
réactifs (en chimie) ou matériel (en physique)
dispositif expérimental ou mode opératoire ou protocole
observations
interprétation (si possible)
conclusion;
Démarche expérimentale (voir fiche action du fer sur l'acide chlorhydrique)
Schéma narratif (voir fiche combustion du fer).
Physique-chimie au collège
TICE-2001 - 4 -
mise en évidence (ou identification ou reconnaissance) des corps obtenus après la combustion de la paraffine
(bougie) dans le dioxygène de l'air
PRÉPARATION DE L'EXPÉRIENCE
Paraffine
DÉCLENCHEMENT DE L'EXPÉRIENCE
DESCRIPTION DES OBSERVATIONS
Que faut-il faire pour déclencher la - Qu'observe-t-on sur les parois du
combustion et pour recueillir les corps
bocal?
obtenus ?
- Qu'observe-t-on si on verse de l'eau
de chaux dans le bocal, après
agitation ?
air
Les réactifs sont ………………………………….
Croquis
et ……………………………………………..
ANALYSE DES RÉSULTATS :
je constate que
………………………………………………………………………………….………………………………………………………………………………….……………………………………………………………………………………………………………………..
or je .sais que la
indique la présence
Donc j’en déduis qu'il s'est formé de
dans
et que le
indique la présence de
et du
lors de la combustion de la paraffine
Le fer peut-il brûler dans l'air?
JE PRÉPARE L'EXPÉRIENCE
(état initial)
JE DÉCLENCHE L'EXPÉRIENCE JE NOTE
MES OBSERVATIONS PENDANT
L'EXPÉRIENCE
Pour déclencher l'expérience, je pose les
deux lames d'une pile sur la laine de fer.
Dès
que
des
fils
deviennent
incandescents, je retire la pile et je
retourne le flacon sur la laine de fer.
J'observe comment évolue l'expérience
et je note mes observations (au verso):
L'EXPÉRIENCE TERMINÉE, JE NOTE MES
DERNIÈRES OBSERVATIONS
(état final)
Croquis
:
J’observe que ….
Je dispose de fer (sous la forme de laine
de fer) et d’air. Ce sont les ………………………
…………………………………………….
ARGUMENTATION : “ Qu’est-ce qui me permet de penser qu’il s’agit c certainement d’une transformation chimique (réponse à
la question du titre) ?
je constate que
………………………………………………………………………………….………………………………………………………………………………….……………………………………………………………………………………………………………………..
or je sais qu'il y a transformation chimique lorsque ... ... ... ... ...
………………………………………………………………………………….………………………………………………………………………………….……………………………………………………………………………………………………………………..
………………………………………………………………………………….………………………………………………………………………………….……………………………………………………………………………………………………………………..
Donc j'en déduis que ..................................................................................
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Étude expérimentale et interprétation d'une réaction chimique
première partie : quelle est la nature du dégagement gazeux ?
SITUATION PROBLÈME
FORMULATION
D'HYPOTHÈSES
"présomptions"
VÉRIFICATION
EXPÉRIMENTALE DES
HYPOTHÈSES
ANALYSE DES RÉSULTATS
"preuves"
RÉPONSE AU PROBLÈME
"dénouement"
On fait réagir le fer avec l'acide chlorhydrique. Quelle est la nature du gaz
formé ?
Le gaz peut être:
- du dioxygène
- du dihydrogène
- du dioxyde de carbone
- du diazote (?)
Tests à l'allumette, à l'eau de chaux
(position du tube !)
le test du dihydrogène est positif
Le test du dioxyde de carbone est négatif
Le test du dioxygène est négatif
le gaz dégagé est du dihydrogène
deuxième partie : Que contient la solution après réaction ?
SITUATION PROBLÈME
On fait réagir le fer avec l'acide chlorhydrique. Quelle est la nature des
espèces en solution après la réaction ?
FORMULATION
D'HYPOTHÈSES
"présomptions"
-
VÉRIFICATION
EXPÉRIMENTALE DES
HYPOTHÈSES
- test au nitrate d'argent (précipité blanc)
- test des ions fer Fe 2+(précipité vert)
- test au papier H
ANALYSE DES RÉSULTATS
"preuves"
- le test des ions chlorures est positif ;
- le test des ions fer Fe 2+ est positif
- le pH a augmenté.
RÉPONSE AU PROBLÈME
"dénouement"
- les ions chlorure n'ont pas réagi (apport professeur : il en reste autant);
- il y a formation d'ion fer
- il a disparition d'ions hydrogène.
l'ion chlorure a réagi
il s'est formé des ions fer.
des ions hydrogène ont disparu
des atomes de fer ont disparu.
Troisième partie: équation-bilan
Bilan des démarches précédentes
- le métal fer a disparu
- des ions hydrogène ont disparu.
- du dihydrogène H2 s'est formé
- des ions fer Fe 2+ se sont formés
d'où l'équation bilan
Physique-chimie au collège
Fe + 2H+ -> Fe2+ + H2
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