Physique-chimie (niveau 4ème du cycle central)
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Sciences physiques et chimiques – niveau 4ème du cycle central Connaissances A- OPTIQUE I- La vision : pourquoi ? comment ? 1- Introduction – généralités a- Source – propagation – récepteur b- Milieux transparents, homogènes, opaques – vide c- Propagation rectiligne d- Rayon lumineux – faisceau lumineux e- Vitesse de propagation 2- Les sources de lumière a- Les sources primaires b- Les objets diffusants 3- L’œil a- Description b- Interprétation c- La tache aveugle 4- Les illusions d’optique 5- La persistance rétinienne a- Définition b- Les jouets des physiciens iLe thaumatrope ii- Le phénakistiscope iii- Le praxinoscope c- Le cinéma II- Ombre 1- Source ponctuelle – source étendue 2- Ombre (obtenue avec une source ponctuelle) a- Ombre propre b- Ombre portée c- Cône d’ombre 3- Pénombre -1- Capacités Pour voir un objet, il faut que l’œil en reçoive de la lumière : - - réaliser des expériences dans diverses situations mettant en jeu des sources de lumière, des objets diffusants et des obstacles opaques, visualiser des faisceaux de lumière, réaliser des visées, schématiser un rayon de lumière par un trait repéré par une flèche indiquant le sens de propagation, schématiser un faisceau de lumière. Propositions d’activités Situations mettant en jeu des sources de lumière, des objets diffusants. Interposition d’écran opaque entre une source lumineuse et l’œil. Matérialiser un faisceau de lumière. Observation du renvoi de lumière vers l’observateur par des objets diffusants placés dans le faisceau. Citer des sources primaires de lumière. Distinguer une source de lumière primaire d’un objet diffusant. Expliquer pourquoi on peut « voir » des rayons de lumière « matérialisés » en milieu diffusant. Dessins de formes et/ou animations prêtant à illusion d’optique. Faire des calculs entre distance, vitesse et durée. Expliquer le décalage temporel entre le tonnerre et l’éclair lors de la foudre. Etude documentaire sur la « petite histoire des jouets de physiciens ». Fabrication d’un thaumatrope. Fabrication d’un phénakistiscope. Le dessin animé. Le cinéma. Reconnaître des illusions d’optique : les phénomènes qualifiés d’illusions d’optique ne sont pas dus au trajet de la lumière mais au fonctionnement de la rétine et du cerveau. Prévoir et vérifier expérimentalement la position et la forme des ombres dans le cas d’une source ponctuelle. Interpréter les ombres portée et propre ainsi que l’existence du cône d’ombre en figurant des tracés rectilignes de lumière. Tracer des schémas où figure l’œil de l’observateur et prévoir ce que l’on verra en vision directe : utiliser le fait qu’une source lumineuse ponctuelle et un objet opaque délimitent deux zones — une zone éclairée de laquelle l’observateur voit la source et une zone d’ombre de laquelle l’observateur ne Expériences illustrant la persistance des impressions lumineuses. Observer des ombres avec des sources ponctuelles ou étendues. Observer la source de lumière en mettant l’œil dans la zone de pénombre. Sciences physiques et chimiques – niveau 4ème du cycle central voit pas la source. [Mathématiques : constructions simples en géométrie (segments, droite et demi-droite) – proportionnalité – unités de distance et de durée (effectuer des conversions relatives à ces deux grandeurs)] [Français : étude de documents sur l’histoire du cinéma et du film d’animation] [Arts plastiques] B- ASTRONOMIE – la place de l’Homme dans l’Univers I- La Terre 1- Jour – nuit 2- Saisons 3- Mesure du temps a- Division de la journée en heures b- Les dispositifs construits par l’Homme Simuler l’alternance des jours et des nuits. Visualiser le phénomène des saisons et constater que l’éclairement de la Terre dépend du jour, de l’année et du lieu. Visualiser la course apparente du Soleil. Passer des années aux jours, aux heures, aux minutes, aux secondes et réciproquement. Histoire de calendriers : - mesurage : comment inventer une mesure du temps à grande échelle ? - hommage : aux égyptiens, à Jules César, à Auguste, au pape Grégoire XIII, - comptage : années bissextiles, années séculaires, années multiples de 400. Fabrication d’un gnomon. Observation de l’ombre donnée par un gnomon, précurseur du cadran solaire. Le cadran solaire : - utilité et fonctionnement, - fabrication d’un cadran solaire en béton cellulaire, - réalisation assistée par ordinateur d’un cadran solaire en plexiglas (utilisation d’un logiciel de C.F.A.O., type GALAAD, associé à une micro fraiseuse, type « Charly Robot »). II- La Lune 1- Mouvements autour de la Terre 2- Les phases de la Lune 3- Les éclipses de Lune 4- Les éclipses de Soleil -2- Identifier les phases de la Lune et les éclipses sur des situations réelles ou virtuelles. Prévoir le phénomène visible par un observateur terrestre dans une configuration donnée du système Soleil – Terre – Lune. Observation quotidienne de la Lune sur une durée suffisante, avec compte-rendu (dessins, photos, …). Observation des phases de la Lune et des éclipses à l’aide d’une maquette et/ou par simulation informatique et/ou par une séquence audiovisuelle. Sciences physiques et chimiques – niveau 4ème du cycle central III- Le système solaire 1- Le Soleil 2- Les planètes 3- Les astéroïdes a- Définition b- Une menace pour la Terre ? 4- Les comètes 5- Les météorites Identifier le nom et la place de chaque planète dans le système solaire. Extraire des informations d’un document pour connaître quelques caractéristiques des planètes. Recherche sur Internet, dans des revues et des encyclopédies scientifiques afin de connaître les caractéristiques des planètes : réalisation de fiches signalétiques. Modéliser le système solaire en 3 dimensions : - réflexion sur une échelle des tailles et sur une échelle des distances appropriées à la salle de classe, - choix de matériaux adaptés à la taille et à la forme des différents astres, - réalisation artistique des décors, le Soleil étant peint sur un mur (origine de l’échelle des distances). Réaliser une maquette du système solaire à l’échelle des distances, sur un ruban (type rouleau papier pour calculatrice de comptable) : - placer le Soleil, - en classe, dérouler le ruban pour placer les planètes à la bonne distance et mettre le nom de la planète, - dans la cour, dérouler le ruban et placer un élève à la position de chaque planète. Réaliser une maquette du système solaire sur une feuille de format A3, avec un système de « tirettes » permettant de décrire chaque planète. IV- Structure de l’Univers 1- Place du système solaire dans l’Univers 2- Les galaxies 3- Les amas de galaxies 4- Les superamas de galaxies … etc. … -3- Utiliser à bon escient les noms des objets remplissant l’espace (Terre, Lune, planète, étoile, galaxie, …). Réaliser un calendrier cosmique retraçant l’histoire de l’Univers : évolution du cosmos depuis son apparition. Utiliser la valeur de la vitesse de la lumière dans le vide pour calculer la valeur d’une année de lumière (unité de longueur utilisée en astronomie). Convertir en année de lumière une distance exprimée en mètres et réciproquement. Naissance, vie et mort d’une étoile : application à notre étoile, le Soleil. Sciences physiques et chimiques – niveau 4ème du cycle central Expliquer que « voir loin, c’est voir dans le passé ». V- La conquête spatiale Histoire de l’astronomie, de l’Antiquité à nos jours. Les instruments d’observation de l’Univers. « L’Homme dans l’espace », les dates importantes : réalisation d’une frise. Les lanceurs : - présentation d’Ariane, - principe de l’action – réaction, - le moteur – fusée, - Ariane 5 : description évolution - les lanceurs dans le monde, - préparation d’un lancement à Kourou, - que devient Ariane 5 dans l’espace ? - application à la fabrication de fusées à eau [3ème]. Etude de films et de livres : - « Apollo 13 » - histoire vraie d’un échec dans la conquête de la Lune : étude linéaire. Plus de 35 ans après, la conquête de la Lune est-elle toujours d’actualité ? - « Planète rouge » - histoire d’une mission sur Mars : noter ce qui relève de la réalité scientifique et de la fiction (mythes et réalités scientifiques), - Tintin – « On a marché sur la Lune » : évaluer la pertinence des informations scientifiques fournies dans cette BD de Hergé (mythes et réalités scientifiques). [Mathématiques : grands nombres – échelles – utilisation de la calculatrice – angles (utilisation du rapporteur)] [Technologie] -4- Sciences physiques et chimiques – niveau 4ème du cycle central [Français : constellations et mythologies – la Lune – récit fantastique – science fiction (« une vie sans Soleil », « un monde sans Soleil »)] [Histoire géographie : dates – évolution dans la représentation de l’Univers] [Arts plastiques] [B2i] C- CHIMIE – l’atmosphère autour de la Terre I- L’atmosphère 1- Les zones de l’atmosphère 2- L’espace extra atmosphérique 3- L’atmosphère protège la Terre 4- La pression atmosphérique Prendre conscience atmosphérique. de l’existence de la pression Etude de documents sur l’atmosphère. Mise en évidence de la pression atmosphérique : cloche à vide, hémisphères de Magdebourg, pot plein d’eau fermé par un morceau de papier, etc. … Variations de la pression atmosphérique avec l’altitude. Enquête sur la pollution atmosphérique et ses conséquences sur la santé, sur l’environnement et sur le climat : problèmes respiratoires, « trou » dans la couche d’ozone, effet de serre et réchauffement de la Terre, etc. … Etude de documents sur la qualité de l’air : l’indice « Atmo », les seuils d’alerte à la pollution, mesures prises par les préfectures, etc. … Enquête et réflexion sur la responsabilité individuelle et collective dans ce problème de pollution. II- La pollution atmosphérique 1- D’où vient-elle ? 2- L’effet de serre 3- Les pluies acides 4- Le paradoxe de l’ozone 5- Comment limiter la pollution sur Terre ? Réaliser le test de reconnaissance du calcaire (illustration de l’action des pluies acides sur la matière minérale). Verser une petite quantité d’acide sur un sucre (illustration de l’action des pluies acides sur la matière organique). III- L’air que nous respirons 1- Existence 2- Transvasement de l’air 3- Composition -5- Mettre en évidence la matérialité de l’air. Identifier le dioxygène. Mise en évidence de l’existence de l’air : remplir un cristallisoir d’eau et faire descendre un pot en verre, à l’envers, sous la surface de l’eau. Expérience de transvasement de l’air. Sciences physiques et chimiques – niveau 4ème du cycle central 4- Le gaz indispensable à la vie a- La respiration b- D’où vient-il ? c- Test de reconnaissance IV- Propriétés des gaz 1- Volume et pression 2- Masse a- Un gaz est pesant b- Masse d’un litre d’air 3- Modèle moléculaire Identifier le dioxyde de carbone. Etude de documents sur la composition de l’air. Etude de documents sur la respiration. Utilisation d’une sonde à oxymétrie reliée à un ordinateur. Recherche documentaire sur l’origine biologique du dioxygène. La photosynthèse. Effectuer un test de reconnaissance du dioxygène (bûchette incandescente). Effectuer un test de reconnaissance du dioxyde de carbone (eau de chaux). Mettre en évidence le caractère compressible d’un gaz. Utiliser un capteur de pression. Maîtriser les unités de volume et de masse et les associer aux grandeurs physiques correspondantes. Mesurer des volumes. Mesurer des masses. Schématiser et réaliser une expérience consistant à recueillir un gaz sur une cuve à eau. Argumenter en utilisant la notion de molécule pour interpréter la compressibilité d’un gaz et les différences entre les trois états physiques de la matière. [SVT : roches – respiration – photosynthèse – influence de l’Homme sur l’environnement] [Mathématiques : pourcentages – unités de volume, de masse et de pression (conversions relatives à ces trois grandeurs)] [Français : lecture et étude de documents] -6- Comprimer de l’air contenu dans une seringue ou dans un piston, tout en mesurant sa pression. Mesurer la masse d’un litre d’air dans les conditions usuelles de température et de pression : dégonflage ou gonflage d’un ballon à volume constant, associé à la mesure de sa masse. Observer une animation moléculaire d’un volume d’air. Observer et analyser des simulations concernant l’agitation moléculaire dans les liquides et les gaz.
