Physique-chimie (niveau 3ème du cycle central)

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Sciences physiques et chimiques – niveau 3ème du cycle d’orientation
Connaissances
A- CHIMIE
I- Structure de la matière
1- Atome – molécule – ion
2- Tests de reconnaissance des ions
3- Domaines d’acidité et de basicité en solution
aqueuse
a- Le pH
b- Le pH et les ions
c- Les dangers des produits acides ou
basiques concentrés
II- Les matériaux
1- Divers matériaux
2- Propriétés électriques des matériaux et sens
du courant électrique
3- Réactivité chimique des matériaux avec l’air
a- À froid
b- À chaud : les combustions
4- Réactivité chimique des matériaux avec les
solutions acides
5- Absence de réaction observable de certains
matériaux
-1-
Capacités
Propositions d’activités
Comparer les ordres de grandeur des dimensions du noyau
et de l’atome.
Etude d’un texte sur l’atome.
Etude de documents illustrant la structure microscopique
des matériaux : images obtenues par microscopie
électronique.
Réaliser les tests de reconnaissance des ions chlorure (Cl-),
cuivre II (Cu2+), fer II (Fe2+) et fer III (Fe3+).
Identifier, à l’aide d’une sonde ou par estimation avec un
papier pH, les solutions neutres, acides et basiques.
Réaliser le test de reconnaissance des ions hydrogène (H+).
Classer des solutions suivant leur « acidité ».
Distinguer un objet d’un matériau.
Identifier des matériaux constituant un objet.
Reconnaître par quelques tests qualitatifs simples quelques
métaux usuels : le fer, le zinc, l’aluminium, le cuivre,
l’argent et l’or.
Constater la diversité des matériaux.
Recherche expérimentale de la nature des ions chlorure
(Cl-), cuivre II (Cu2+), fer II (Fe2+) et fer III (Fe3+)
présents dans une solution aqueuse.
Mesurer le pH de quelques solutions acides et basiques
usuelles (boissons et produits d’entretien).
Observer expérimentalement l’augmentation du pH
quand on dilue une solution acide.
Lecture de pictogrammes de sécurité.
Recherches documentaires pour s’informer sur les risques
présentés par les acides et les bases concentrés.
Comparer le caractère conducteur de différents solides à
l’aide d’un circuit électrique.
Comparer le caractère conducteur de l’eau et de diverses
solutions aqueuses à l’aide d’un circuit électrique.
Recherches documentaires :
- emballages des produits alimentaires,
- métaux et leur utilisation,
- tri sélectif,
- tri des métaux dans les entreprises de récupération,
- centres de tris des déchets.
Expériences permettant de distinguer et de classer des
matériaux.
Observations directes et/ou expérimentations qualitatives
permettant de distinguer les métaux usuels : couleur,
corrosion, attraction ou non par un aimant, densité.
Identifier l’oxydation du fer dans l’air humide comme une
transformation chimique lente.
Comprendre pourquoi le fer pur non protégé ne convient
pas pour un emballage : l’oxydation du fer par le dioxygène
Réaliser
un
circuit
électrique
pour
étudier
expérimentalement le caractère conducteur ou non du
cuivre, du fer, du sucre, du sel et du sulfate de cuivre II
solides.
Sciences physiques et chimiques – niveau 3ème du cycle d’orientation
de l’air, en présence d’eau, conduit à la formation de
rouille. Il y a corrosion.
Comprendre le rôle protecteur de l’oxydation superficielle
de l’aluminium.
Réaliser, décrire et schématiser la combustion du carbone
dans le dioxygène.
Réaliser le test de reconnaissance du gaz dioxyde de
carbone.
Identifier, lors de la transformation, les réactifs (avant
transformation) et les produits (après transformation).
Réaliser, décrire et schématiser la combustion du butane
et/ou du méthane dans l’air.
Prendre conscience du danger de la combustion de certaines
matières plastiques.
Réaliser la réaction entre le fer et l’acide chlorhydrique,
avec mise en évidence des produits.
Ecrire, avec le nom des espèces en toutes lettres, le bilan de
la réaction chimique entre le fer et l’acide chlorhydrique.
Prendre conscience de l’inertie chimique de certains
matériaux utilisés pour l’emballage, d’où une pollution
engendrée par l’abandon de ces matériaux non dégradables.
Comparer le caractère conducteur ou non de l’eau du
robinet, d’eaux minérales et des solutions obtenues par
dissolution de saccharose, de chlorure de sodium et de
sulfate de cuivre II.
Réaliser une expérience de migration d’ions.
Définition historique du sens de circulation du courant
électrique dans un circuit.
Etudier expérimentalement les conditions de formation de
la rouille.
Observer l’oxydation complète et à l’air humide d’un
échantillon de laine de fer.
Réalisation de quelques transformations avec du
dioxygène et caractérisation des produits formés :
- combustion du carbone (morceau de fusain), test du
dioxyde de carbone formé,
- combustion du butane et/ou du méthane, tests du
dioxyde de carbone et de l’eau formés,
- combustion vive du fer.
Etude de documents :
- danger des combustions incomplètes et des
combustions explosives,
- effets sur l’organisme humain du monoxyde de
carbone,
- danger de la combustion de certaines matières
plastiques.
Combustion et sécurité :
- le « triangle du feu » chez les pompiers,
- lecture de pictogrammes de sécurité.
Réactions chimiques de l’acide chlorhydrique avec le fer
et le zinc, mise en évidence des produits de la réaction.
Mise en évidence du dihydrogène par inflammation.
-2-
Sciences physiques et chimiques – niveau 3ème du cycle d’orientation
Réaliser, décrire et schématiser la réaction entre une
III- La pile électrochimique
1- La pile Volta
solution aqueuse de sulfate de cuivre II et de la poudre de
2- Réaction chimique entre les ions cuivre II et zinc.
le zinc
Interpréter l’échauffement du milieu réactionnel comme le
3- Les transferts d’énergie lors de la réaction
résultat de la conversion d’une partie de l’énergie chimique
des réactifs en énergie thermique.
Réaction entre les ions cuivre II et le zinc :
- par contact direct de la poudre de zinc et de la
solution de sulfate de cuivre II, avec mise en évidence
de l’échauffement,
- en plongeant une lame de cuivre et une lame de zinc
dans une solution de sulfate de cuivre II.
Etude de documents sur l’invention de la pile
électrochimique.
Recherches documentaires sur les constituants d’une pile
du commerce et sur l’existence de plusieurs modèles de
piles (pile saline, pile alcaline, pile à combustibles).
[Mathématiques : nombres décimaux – unités de l’infiniment petit – graduation – repérer une abscisse]
[Français : étude de documents]
[Formation pré professionnelle : sécurité]
[Formation pré professionnelle en métallerie]
B- MECANIQUE
I- Mouvement
1- Les unités de longueur
2- Les unités de temps
3- La vitesse
4- Nature d’un mouvement
a- Accéléré
b- Ralenti
c- Uniforme
Maîtriser les unités de longueur et de temps et les associer
aux grandeurs physiques correspondantes.
Calculer, à partir de mesures de longueur et de durée, une
vitesse moyenne exprimée en mètre par seconde (m/s) et en
kilomètre par heure (km/h).
Identifier un mouvement accéléré, ralenti, uniforme.
Interpréter un graphique relatif au mouvement rectiligne
d’un véhicule.
II- La sécurité routière
1- La distance de réaction
2- La distance de freinage
3- La distance d’arrêt
-3-
Identifier les différentes étapes de l’arrêt d’un véhicule.
Exploiter des documents relatifs à la sécurité routière.
Analyse de documents relatifs à la sécurité routière :
affiche, courts-métrages, semaine de la sécurité sur la
route (2001), etc. …
Sciences physiques et chimiques – niveau 3ème du cycle d’orientation
4- Les règles de sécurité sur la route
III- Les interactions entre deux corps
1- Pourquoi les planètes tournent-elles autour
du soleil ?
2- La gravitation
a- Force attractive de la Terre
b- Le poids d’un corps
c- La gravitation
3- Poids et masse d’un corps
a- Poids d’un corps
b- Relation entre poids et masse
4- Energie mécanique
a- Energie d’un système
b- Energie mécanique
i.
Energie de position
ii. Energie cinétique
iii. Energie mécanique
5- Propulsion par réaction
Etude de documents supports de l’attestation scolaire de
sécurité routière (A.S.S.R.).
Comparer, en analysant les analogies et les différences, le
mouvement d’une fronde à celui d’une planète autour du
Soleil.
Maîtriser les unités de poids et de masse et les associer aux
grandeurs physiques correspondantes.
Distinguer la masse et le poids.
Utiliser un dynamomètre.
Vérifier expérimentalement la relation entre le poids et la
masse : P = m × g.
Définir g, intensité de la pesanteur (en N/kg), en un lieu
donné.
Utiliser la relation de proportionnalité entre la masse et le
poids, en un lieu donné.
Exploiter la relation Ec =
1 2
mv .
2
Séquences vidéo (manège, motos dans un globe, fronde,
lancer du marteau, …).
Utilisation d’un fil à plomb pour illustrer la verticalité du
poids.
Chute d’un objet sans vitesse initiale.
Expériences avec masses et dynamomètres.
Etude de document : poids d’un objet sur la Terre et sur
la Lune.
Expériences illustrant les notions d’énergie de position,
d’énergie cinétique, de conservation de l’énergie
mécanique et de conversions d’énergie : acrobates sur
une planche, mouvement d’une bille (lâchée sans vitesse
initiale) sur une rampe parabolique, chute d’eau (barrage
hydraulique).
Retour sur la sécurité routière – étude quantitative grâce à
la relation Ec =
1 2
mv : documents audiovisuels de la
2
sécurité routière montrant l’influence de la masse et de la
vitesse sur la déformation des véhicules lors d’un choc.
Transformation de l’énergie cinétique d’un véhicule lors
du freinage.
Transformation de l’énergie cinétique d’un véhicule lors
d’un choc.
Les fusées à eau :
- propulsion,
- fabrication,
- étude expérimentale des paramètres permettant un vol
optimal (nombre de dérives, place des dérives,
-4-
Sciences physiques et chimiques – niveau 3ème du cycle d’orientation
-
volume d’eau et pression),
décoration,
lancement.
[Mathématiques : proportionnalité – unités de longueur, de temps, de masse et de poids (effectuer des conversions relatives à ces grandeurs) – exploiter un graphique – calculer une
expression littérale – calculer le carré d’un nombre]
[Arts plastiques]
[Vie sociale et professionnelle (V.S.P.) : A.S.S.R.]
C- ELECTRICITE
I- L’intensité du courant électrique
1- Unité
2- Mesure
3- Lois relatives à l’intensité en courant continu
a- Dans un circuit en boucle simple
b- Dans un circuit comportant des
dérivations
Maîtriser l’unité de l’intensité du courant électrique et
l’associer à la grandeur physique correspondante.
Brancher un multimètre en fonction ampèremètre et
mesurer une intensité.
Schématiser le circuit et le mode de branchement du
multimètre pour mesurer une intensité positive.
Vérifier l’unicité de l’intensité en courant continu dans un
circuit série.
Vérifier l’additivité de l’intensité en courant continu dans
un circuit comportant des dérivations.
II- La tension électrique
1- Unité
2- Mesure
3- Lois relatives à la tension
a- Dans un circuit en boucle simple
b- Dans un circuit comportant
dérivations
-5-
Maîtriser l’unité de la tension électrique et l’associer à la
grandeur physique correspondante.
des
Brancher un multimètre en fonction voltmètre et mesurer
une tension.
Schématiser le circuit et le mode de branchement du
multimètre pour mesurer une tension positive.
Mesurer une intensité avec un multimètre numérique.
Présentation des règles d’utilisation d’un multimètre pour
réaliser des mesures d’intensité.
Vérifier les lois concernant l’intensité :
- unicité dans un circuit en boucle simple,
- additivité pour un circuit comportant des dérivations.
Montrer expérimentalement que si l’on change l’ordre
des éléments d’un circuit en boucle simple, on ne change
pas la valeur de l’intensité du courant les traversant.
Montrer qu’en changeant de circuit (par exemple en
ajoutant une lampe en série), les valeurs des grandeurs
changent mais les lois demeurent (caractère universel des
lois).
Mesurer une tension avec un multimètre numérique.
Présentation des règles d’utilisation d’un multimètre pour
réaliser des mesures de tension.
Vérifier les lois concernant la tension :
- Egalité des tensions aux bornes de deux dipôles en
dérivation,
- additivité des tensions le long d’un circuit en boucle
Sciences physiques et chimiques – niveau 3ème du cycle d’orientation
Vérifier l’additivité de la tension dans un circuit série.
simple.
Montrer expérimentalement que si l’on change l’ordre
des éléments d’un circuit en boucle simple, on ne change
pas la valeur de la tension à leurs bornes.
Montrer qu’en changeant de circuit (par exemple en
ajoutant une lampe en série), les valeurs des grandeurs
changent mais les lois demeurent (caractère universel des
lois).
Etude de document : Volta et Ampère.
III- Adaptation électrique
1- Intensité et tension nominales
2- Surtension et sous-tension
Prévoir le fonctionnement d’une lampe connaissant sa
tension nominale et la tension du générateur branché à ses
bornes.
Interpréter l’éclat d’une lampe dont on connaît les valeurs
nominales.
Choix, dans un assortiment de lampes, de celles que l’on
peut alimenter avec un générateur donné.
IV- L’installation électrique de la maison
1- Les dangers de l’électricité
a- Le corps humain est conducteur de
l’électricité
b- Les facteurs dont dépendent les
dommages corporels
c- Effets physiologiques en fonction de
l’intensité du courant électrique
d- Exemples
2- Surintensité dans un circuit électrique
3- Les règles de sécurité électrique à la maison
4- De la prise au compteur électrique
Etre conscient des risques d’électrocution présentés par une
installation domestique.
Etude d’une installation domestique sur document ou sur
maquette.
Distinguer le neutre, la phase et la terre.
Réaliser un montage en basse tension de lampes en
dérivation. Mettre progressivement les lampes dans le
circuit et observer la variation d’intensité dans la branche
principale.
Matérialiser les risques des surintensités en utilisant de la
laine de fer.
V- La puissance électrique
-6-
En basse tension, simuler une installation domestique en
réalisant un circuit dérivation.
Mettre en évidence que lorsque l’on augmente le nombre de
dipôles, l’intensité du courant augmente dans la branche
principale.
Identifier une mauvaise isolation et une cause de courtcircuit.
Identifier le rôle du coupe-circuit.
Maîtriser l’unité de la puissance électrique et l’associer à la
grandeur physique correspondante.
Etude sur une maquette en très basse tension du rôle de la
prise de terre et du disjoncteur différentiel.
Comparer les ordres de grandeur des puissances
nominales inscrites sur divers appareils électriques
Sciences physiques et chimiques – niveau 3ème du cycle d’orientation
domestiques.
Repérer et identifier une indication de puissance sur un
appareil électrique domestique.
Citer quelques ordres de grandeur de puissances électriques
domestiques.
Repérer et identifier une indication de puissance, de tension
et d’intensité sur les câbles et sur les prises électriques.
Etre conscient que l’intensité qui parcourt un fil conducteur
ne doit pas dépasser une valeur déterminée par un critère de
sécurité.
En basse tension, mesurer l’intensité I du courant
traversant un dipôle soumis à une tension U connue. En
utilisant la puissance nominale, comparer cette valeur à
celle déduite de la relation P = U × I.
Fabrication d’une maquette de l’installation électrique
d’une maison écologique.
Maîtriser les unités d’intensité, de tension et de puissance et
les associer aux grandeurs physiques correspondantes.
Utiliser la relation P = U × I pour calculer, à partir de sa
puissance et de sa tension nominales, la valeur de l’intensité
efficace qui traverse un appareil purement résistif, ne
produisant que des effets thermiques (bonne approximation
pour de nombreux appareils domestiques).
VI- L’énergie électrique
Maîtriser l’unité de l’énergie électrique et l’associer à la
grandeur physique correspondante.
Convertir en kilowattheure (kWh) une énergie électrique
exprimée en joule (J) et réciproquement.
Utiliser la relation E = P × ∆ t pour calculer l’énergie
électrique transférée à un appareil domestique pendant une
durée donnée. L’exprimer en joule ainsi qu’en
kilowattheure.
Lire les indications d’un compteur d’énergie électrique.
Etude d’une facture d’électricité.
Rechercher sur la facture familiale la « puissance »
souscrite et identifier les appareils qui pourront
fonctionner simultanément (comparaison de la puissance
souscrite avec la somme des puissances nominales).
Comparaison de la consommation électrique d’appareils
domestiques de puissances différentes ou de durées de
fonctionnement différentes.
Comment diminuer sa facture d’électricité ?
-7-
Sciences physiques et chimiques – niveau 3ème du cycle d’orientation
[Mathématiques : unités d’intensité et de tension (effectuer des conversions relatives à ces deux grandeurs) – évaluer un ordre de grandeur – vraisemblance d’un résultat –
expressions littérales – effectuer une multiplication – effectuer une division – nombres décimaux - pourcentages]
[Français : lecture de codes – étude de documents – lecture d’une facture]
[Vie sociale et professionnelle (V.S.P.) : lecture d’une facture]
[Formation pré professionnelle : sécurité]
[Formation pré professionnelle en menuiserie]
-8-
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