Sciences –Physique-chimie en première ES/L

Sciences –Physique-chimie en première ES/L
Trois thèmes à aborder dont deux communs avec la SVT :
thèmes
pages
Conditions de visibilité
Représentation visuelle
2
Œil : système optique et formation d’image
2-5
Œil : accommodation, défauts et corrections
Couleurs et arts
6-8
8-12
Qualité des sols et de l’eau
Nourrir l’humanité
Conservation des aliments, espèces tensio-actives
Activités humaines et besoins en énergie – puissance et énergie
Le défi énergétique
Utilisation des ressources énergétiques disponibles (types ressource,
conversion, ressources renouvelables)
Optimisation de la gestion et de l’utilisation de l’énergie
(transport énergie, pile, effet de Serre)
Comment se déroule votre épreuve ? Trois exercices, durée 1h30.
Exercice n°1 : il s’agit généralement d’un commentaire argumenté sur l’un des thèmes communs à physique-chimie
et SVT. Il est noté sur 8 points.
Exercice n°2 : il s’agit de répondre à des questions sur un des 3 thèmes de physique-chimie non abordé à l’exercice 1.
Les questions portent sur l’exploitation de documents et sur vos connaissances.
Exercice n°3 : idem en SVT .
Remarque : très fréquemment, l’usage de la calculatrice N’est PAS autorisé.
Comment se déroule le cours de physique-chimie : 1,5h par quinzaine
Les exercices proposés sont à rédiger proprement dans un cahier d’exercices, sauf indication contraire.
1/35
Thème 1 : représentation visuelle
Chapitre 1 : l’œil du réel au modèle
I.
Condition de visibilité d’un objet
On pose un objet sur une table (a). Est-il
visible ? On le coiffe d’un tube cylindrique
creux et on le regarde comme indiqué dans la
figure (b). Qu’observons-nous ?
 Répondez aux questions en justifiant.
Indiquez les deux conditions de
visibilité d’un objet.
Vos réponses :
Conclusion : conditions de visibilité d’un objet
II.
Approche historique de la conception de la vision
 Lire le document page 12 et répondre aux questions 1, 2 et 3 par des phrases complètes reprenant une
partie de la question. Pour la question 3, justifier.
1
2
3
Pour s’exercer : exercice 2 page 18
III.
Modèle réduit de l’œil
(d’après Nathan, livre de 1S)
L’œil humain est un globe pratiquement sphérique d’environ 25 mm de diamètre. Il est entouré, à l’extérieur par une
membrane résistante et protectrice : la sclérotique
 Compléter la légende du schéma ci-après, en utilisant les mots soulignés, après avoir lu le texte.
2/35
La membrane interne est la rétine qui tapisse la
partie arrière du globe et se prolonge par le nerf
optique. Elle est constituée de cellules nerveuses
dont certaines sont sensibles aux radiations dans
un domaine de longueur d’onde comprises entre
400 nm et 800 nm (lumière visible).
La cornée est la partie transparente de la
sclérotique située à l’avant de l’œil. Le cristallin
est une capsule élastique transparente dont la
courbure des faces se modifie sous l’action des
muscles ciliaires.
L’humeur aqueuse et l’humeur vitrée sont des
liquides transparents qui complètent la rigidité
du globe oculaire.
La pupille est l’ouverture centrale de l’iris, partie colorée. Son diamètre peut varier de 2 à 8 mm en
fonction de la luminosité.
Les rayons de lumière qui pénètrent dans l’œil traversent les différents milieux transparents et sont réfractés (voir
encadré ci-dessous) à l’entrée et à la sortie de la cornée et du cristallin. Les rayons ainsi déviés convergent sur la
rétine sur laquelle se forme l’image de l’objet.
La lumière entrant dans l’œil est régulée par l’iris qui adapte la taille de la pupille à la luminosité. L’ensemble des
milieux transparents de l’œil se comporte comme une lentille convergente qui donne une image sur un écran, l’iris
jouant le rôle de diaphragme (disque percé d’une ouverture dont le diamètre peut être réglable).
En classe de seconde, on a vu que la lumière se propage en ligne dans un milieu transparent et homogène.
Lorsqu’elle change de milieu, la lumière change de direction : c’est ce qui se passe par exemple au niveau d’un
prisme. Ce phénomène s’appelle la réfraction.
 Quel modèle simplifié pour le fonctionnement de l’œil en physique ? Rôles des différentes parties de l’œil ?
 Lire le document page 15 et répondre aux questions 5 à 9 (répondre ci-dessous)
Quels sont les milieux transparents traversés par les rayons
de lumière qui pénètrent dans l’œil ?
Où se forme dans l’œil, l’image d’un objet vu nettement ?
Compléter le schéma ci-contre en utilisant le vocabulaire
proposé page 15
……
……
…….
………
………
…
……
……
……
.
d
Quelle est la propriété de la distance « d » entre les
éléments 2 et 3 de la figure a page 15
 Compléter le tableau ci-dessous
Œil
Modèle de l’œil réduit
Propriétés optiques
Réalise la formation de l’image d’un objet observé sur la rétine
Ecran
Iris
Pour s’exercer : Exercices n°1, 3 page 18, Exercice n°5 page 18
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Chapitre 2 : les mécanismes optiques de l’œil
I.
Lentilles minces convergentes, divergentes
L’étude faite sera axée sur celles proposées par votre livre page 20 à 23.
Deux types de lentilles –doc 1 page 20
Vous disposez de deux lentilles minces. Répondez aux questions ci-dessous
catégorie A
catégorie B
Forme de la lentille (bombée ou
creusée)
Que se passe-t-il quand on
éloigne la lentille du texte ?
Schématisation de la lentille
Effet d’une lentille sur un faisceau de rayons parallèles – document 2 page 20
catégorie A
catégorie B
effet de la lentille
(question 2 page 20)
nom de la lentille
(question 3 page 20)
II.
Caractéristiques d’une lentille mince convergente – document 3 page 21
Complétez la légende
B
A’
A
F
F’
O
f'
B’
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Définitions :
Distance focale : notée f’
Vergence : notée C
Répondre aux questions 4 à 6 page 21 ci-dessous :
Rayon incident parallèle
à l’axe optique
4
Rayon incident passant
par le centre optique
Rayon incident passant
par le foyer F de la
lentille
5
Lentille la plus bombée ?
Distance focale f1 '
6
Vergence C2
III.
Construction géométrique de l’image d’un petit objet plan donnée par une lentille mince
Il existe trois situations particulières décrites par le tableau suivant.
Tout rayon passant par le
foyer objet F émerge
parallèlement à l’axe optique
(rayon noir)
Tout rayon passant par le
centre optique O n’est pas
dévié (rayon rouge)
Tout rayon incident parallèle
à l’axe optique émerge en
passant par le foyer image F’
(rayon vert)
Tout rayon issu d’un point
objet B, émerge de la lentille
en passant par un même
point B’, image de B à
travers la lentille.
O
F
B
O
B’
Pour s’exercer : Exercices n°
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IV.
L’œil, accommodation, défauts et correction
Punctum proximum et punctum remotum
On rappelle que l’œil réduit est constitué d’une lentille mince (cristallin), d’un diaphragme (iris) et d’un écran (rétine).
L’œil « normal », c’est-à-dire ne comportant pas de défaut de vision est dit « œil emmétrope ».
La distance cristallin-rétine doit rester constante. C’est pour cela que les muscles ciliaires agissent sur le cristallin en le
déformant afin qu’il modifie sa vergence et qu’il permette la vision nette de l’image d’un objet sur la rétine, pour un
objet situé entre le « punctum proximum » (PP) et le « punctum remotum » (PR).
Pour œil emmétrope (normal),


le PP est d’environ 25 cm. Il correspond à la position du point le plus proche de l’œil pouvant être vu
nettement.
Le PR est à l’infini. Cela correspond au cas où l’œil est au repos. On dit alors qu’il n’accommode pas.
25 cm
PR
PP
objet pouvant être vu nettement
objet floue
 Problématique : « comment la forme du cristallin de l’œil doit-elle varier quand on approche
de l’œil l’objet observé ? ». Effectuons cette étude de manière expérimentale.
1
Sur un banc d’optique, on place dans l’ordre :
 un objet (source de lumière) – graduation 100
 une lentille de 5  - graduation 700
 un écran –graduation 1000
Dans toute cette étude, la distance lentille-écran sera maintenue constante afin de simuler l’œil dans
lequel la distance cristallin-rétine est constante.
L’image (sur l’écran) est-elle nette ? Non. On déplace ainsi l’objet (source de lumière) par rapport à la
lentille (cristallin) jusqu’à avoir une image nette sur l’écran. Compléter le schéma ci-dessous en indiquant
la position de l’objet (graduation).
5
objet
2
écran
……
1000
700
Remplacer la lentille de 5  par celle de 10  . L’image devient floue.
Déplacer alors l’objet jusqu’à ce que l’image soit nette. Noter sa nouvelle position ci-dessous.
objet
3
10 
écran
……
1000
700
Répondre à la problématique par une phrase complète :
4
6/35
La distance cristallin-rétine doit rester constante. C’est pour cela que les muscles ciliaires agissent sur le cristallin
en le déformant afin qu’il modifie sa vergence.
Lorsque l’objet à observer s’approche de l’œil, son cristallin doit se bomber davantage afin de garder une image
nette sur sa rétine. Pour une œil emmétrope (normal), cela est possible jusqu’à 25 cm. Si la distance objet-œil
devient inférieure à 25 cm, la déformation du cristallin devient insuffisante : l’œil n’est alors plus capable de
former une image nette.
Plus l’objet à observer est loin, moins l’œil se fatigue. Lorsqu’il observe un objet lointain, on dit qu’il est « au
repos ».
Défaut de l’œil : myopie, hypermétropie, presbytie – principe de correction de ces défauts
Etudions le cas particulier de la myopie
Nous effectuerons une étude expérimentale courte pour étudier la correction de la myopie basée sur celle proposée
dans votre livre page 26.
1
2
Sur un banc d’optique, on place dans l’ordre :
 un objet (source de lumière) – graduation 100
 une lentille de 10  - graduation 400
 un écran –graduation 550
Dans toute cette étude, la distance lentille-écran sera maintenue constante afin de simuler l’œil dans
lequel la distance cristallin-rétine est constante.
L’image est nette sur l’écran-rétine. L’œil voit donc correctement l’objet visé.
La myopie est un défaut du cristallin. Ce dernier est trop convergent. Pour le simuler, en ne modifiant pas
les positions, remplacez la lentille de 10  par celle de 20  .
Constater qu’au niveau de l’écran l’image est flou. Le cristallin est trop convergent. L’image se forme ainsi
trop près du cristallin. Vérifier le en recherchant l’image nette par déplacement d’un support transparent
entre le cristallin et la rétine
objet
3
20 
écran
……
550
400
4
On se propose de corriger cette myopie avec une lentille correctrice. Puisque le cristallin converge trop, on
va ajouter devant le cristallin une lentille divergente. Elle aura pour effet de diminuer la convergence du
cristallin. Vérifier, sur votre modèle optique de l’œil, qu’en mettant devant le cristallin une lentille de
vergence - 10  , on retrouve une image nette (ou presque) sur la rétine.
Cas particulier de la presbytie
La presbytie est un défaut d’accommodation dû au vieillissement de l’œil. Le cristallin perd de son élasticité ; le
punctum proximum s’éloigne de l’œil, devant supérieur à 25 cm. C’est pourquoi, les personnes atteintes de
presbytie ont tendance à éloigner le texte lu de leurs yeux en l’absence de correction.
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Les notions à connaître et à savoir expliquer sont dans votre livre page 29. Vous devez les connaître et savoir les
utiliser.
 Complétez le tableau ci-dessous, en vous aider de votre livre page 29
défaut
myopie
hypermétropie
presbytie
trop convergent
problème au niveau du
cristallin
Rétine
Objet très loin
défaut schématisé
gêne perçue
difficulté de voir au loin
correction proposée
lunette avec lentille
divergente
PR  
25 cm
représenter PR et PP
PP
Pour s’exercer : Exercices n°2, 3, 5 à 10 page 32
Chapitre 4 : Couleurs et arts
I.
Colorants et pigments – approche historique - définitions
 Répondez aux questions suivantes après avoir pris connaissance du document 2 page 58, document 3 page
59 et document « histoire et composition des pigments » , « des couleurs changeantes » disponibles à
http://sciensationel.com/1ES , rubrique « couleurs et arts ».
En une ou deux phrases (pour chaque définition) définir les mots suivants :
hématite
lapis-lazuli
azurite
indigo
cendre bleue
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A quelle époque se développent les pigments de synthèse ? Pour quelle raison ?
Quelles sont les deux familles de pigments définies dans le texte « histoire et composition .. » ? Classez les pigments
cités à la question de la page précédente selon ces familles.
Deux familles
Citer un paramètre qui peut modifier la couleur d’un pigment
Distinction colorant-pigments
Lire le document 1 page 58 et répondez à la question : qu’est-ce qui distingue « pigment » de « colorant » ? Vous
devez être amené(e) à parler de « dissolution », « miscibilité », « solubilité », « mélange homogène » (ou solution).
Mise en évidence des pigments ou colorants
La chromatographie est une technique de séparation, donc d’identification d’espèces colorées. Cette technique a
été vue en classe de seconde.
L’exercice n°8 page 73 que vous aurez à faire ultérieurement permet de mieux en comprendre son usage.
II.
Influence d’un ou plusieurs paramètres sur la couleur de certaines espèces chimiques
Milieu coloré, lumière, température, pression sont des paramètres pouvant influencer la couleur due à une espèce.
Pour s’exercer : exercice 4 page 73
III.
Synthèse additive, synthèse soustractive
La lumière du Soleil est appelée lumière « blanche ». Elle est constituée d’un nombre infini de radiations de
longueurs d’onde différentes (ou de couleurs différentes) . On dit qu’elle est polychromatique (plusieurs+couleurs),
contrairement à celle provenant d’un laser, qui est monochromatique.
On peut reconstituer la lumière blanche à partir de trois projecteurs envoyant les couleurs primaires en synthèse
additive : bleu, vert et rouge
On retrouve différentes couleurs en décomposant la lumière blanche à l’aide d’un prisme ou d’un réseau.
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Dessinez le spectre visible simplifié de la lumière blanche en y faisant figurer les couleurs suivantes : rouge, vert, bleu
foncé, jaune, cyan, orange (l’ordre est celui vue en classe de manière expérimentale !)
(Ultra Violet)
(Infra Rouge)
Partie visible du spectre
Etudions la synthèse additive.
Le physicien effectue beaucoup de ses raisonnements à partir des trois couleurs primaires en synthèse additive :
rouge (R), vert (V) et bleu (B). Attention, le bleu est ici un bleu foncé et non pas le cyan.
Projetons trois lumières, l’une rouge, l’autre verte, la troisième bleue, à l’aide de trois projecteurs différents.
Observons les zones où ces faisceaux de lumière de croisent sur l’écran blanc.
Couleur primaire en synthèse additive :
bleu (foncé), vert et rouge
A compléter
50% bleu +50% vert=……………..
50% bleu + 50% rouge=……………..
50% vert+50% rouge=………………
33% vert+33% rouge +33% bleu=…………
Un exemple de synthèse additive : un écran TV est découpé en pixel. Chaque pixel est composé de trois sous-pixels.
Chaque sous-pixel est comme un projecteur envoyant de la lumière rouge, verte ou bleue. Par exemple, si les trois
sous-pixels d’un même pixel envoient de la lumière vers les yeux du téléspectateur, alors le pixel associé peut être vu
blanc.
Qu’en serait-il d’un pixel dont le sous-pixel bleu est éteint ? Justifier.
Etudions la synthèse soustractive
Lorsque le physicien utilise un filtre, la lumière observée n’est plus une lumière blanche. On dit que le filtre effectue
une synthèse soustractive. Il est de même avec la peinture, un liquide coloré par exemple.
Les trois couleurs en synthèse soustractive sont : cyan (C), magenta (M) et jaune (J).
10/35
50% cyan et 50% magenta=……..
50% cyan et 50% jaune=………
50% jaune et 50% magenta=………
33% cyan et 33% jaune et 33% magenta=…….
Cercle chromatique (livre page 62)
Couleurs complémentaires
La couleur d’une solution correspond aux radiations non absorbées
par la solution. Elle est dite complémentaire de la couleur absorbée.
Deux couleurs sont dites complémentaires si leur synthèse additive
peut donner du blanc.
Par contre deux couleurs complémentaires donnent du noir en
synthèse soustractive.
Exemple : le rouge est la couleur complémentaire au cyan.
Exercice expérimentale à faire dans votre cours.

On projette de la lumière blanche sur un écran blanc. Puis on Interpose un filtre cyan ; observons.

Puis on ajoute sur le filtre cyan, un filtre jaune ; observons ; écrivez votre observation.
Nous allons justifier notre observation en raisonnant uniquement sur les trois couleurs primaires en synthèse
additive.
 Complétez le schéma ci-dessous en indiquant par des flèches horizontales la composition de la lumière au fur et
à mesure.
rouge
Filtre JAUNE
Filtre CYAN
vert
Bleu foncé
Exercices (répondre dans le cours) – en utilisant la méthode préconisée ci-dessus. Répondez aux questions suivantes.
Quel serait l’aspect de
l’écran blanc si on
ajoutait un filtre
magenta sur le filtre
jaune ? Pourquoi ?
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On pose un filtre jaune
contre un bécher
contenant du
permanganate de
potassium. Ecrivez votre
observation. Proposez
une explication.
Pour s’exercer : Exercices n°2, 3, 7, 8, 9 et 11 page 72
IV.
Application à la peinture et à l’impression couleur
On utilise pour cela la synthèse soustractive. Les trois couleurs utilisées sont le cyan, le magenta et le jaune. Par
exemple, si on dépose au même endroit de l’encre cyan et de l’encre magenta alors le mélange absorbe la couleur
complémentaire au cyan (rouge) et celle complémentaire au magenta (vert), donc absorbe le rouge et le vert. Le
mélange, éclairé en lumière blanche sera vu comme un objet bleu.
Qu’en est-il pour un mélange de cyan et de jaune ?
Pour s’exercer pour le baccalauréat :
(voir http://fizik.chimie.lycee.free.fr/Bac-premiere-L.html ou labolycée.org)
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