Document d`accompagnement première S

collection Lycée – voie générale et technologique
série Accompagnement des programmes
Physique
classe de première S
Ministère de l’Éducation nationale
Direction de l’Enseignement scolaire
applicable à la rentrée 2001
Centre national de documentation pédagogique

CEDOCUMENT A ÉTÉ RÉDIGÉ PAR LE GROUPE D’EXPERTS DE PHYSIQUE-CHIMIE :
Président
Jacques TREINER
groupe physique
Membres
Hervé BARTHELEMY
groupe physique
Dominique DAVOUS
groupe chimie
Jean-Pierre FAROUX
groupe physique
Marie-Claude FEORE
groupe chimie
Laure FORT
groupe chimie
Robert GLEIZE
groupe chimie
Francine GOZARD
groupe physique
Jean-Charles JACQUEMIN
groupe physique
Roger LEPETZ
groupe physique
Thierry LEVEQUE
groupe chimie
Marie-Blanche MAUHOURAT
groupe chimie
René MELIN
groupe physique
Christiane PARENT
groupe physique
Guy ROBARDET
groupe physique
Thérèse ZOBIRI
groupe chimie
Maquette de couverture: Catherine Villoutreix
Maquette: Fabien Biglione
© CNDP, 2002
ISBN: 2-240-00738-9
ISSN: 1624-5393
Coordination : Anne-Laure Monnier, bureau du contenu des enseignements
(direction de l’Enseignement scolaire)

Sommaire
Introduction aux documents de physique et de chimie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
Les interactions fondamentales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
Une proposition de progression . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
F1 : Activité documentaire sur un texte de Michel Cassé . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
F3 : Comprendre l’électrisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
F4 : Électrique/non électrique. Conducteur/isolant ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
F5 : Comment se comportent certains corps frottés ?
Expériences sur l’électrisation par frottement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
Forces, travail et énergie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
A. Forces et mouvements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
La mécanique newtonienne en classe de première scientifique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
Une proposition de progression . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
F1 : Comment faire l’inventaire des forces responsables du mouvement d’un objet ? . . . . . . . . . . 26
F3 : Comment varie l’indication du pèse-personne ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
B. Travail mécanique et énergie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
L’introduction du concept d’énergie en classe de première scientifique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
Réflexions complémentaires sur les lois de conservation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
Annexe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
Une proposition de progression . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
F1 : Quels sont les effets possibles d’une force dont le point d’application se déplace ? . . . . . . . . . 44
F2 : Comment le travail d’une force modifie-t-il le mouvement d’un solide en translation ? . . . . . . . . . . 45
F3 : À quoi sert l’énergie transférée au skieur ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
F4 : Que devient l’énergie cinétique d’un projectile lancé ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
F5 : Un travail peut-il produire d’autres effets ?
Peut-on échauffer un corps sans apport de travail ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
Électrodynamique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
A. Circuit électrique en courant continu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
L’électrocinétique en classe de première scientifique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
Une première proposition de progression . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63

Une seconde proposition de progression . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
F1 : Quelle est la lampe qui brille le plus ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
F2 : Comment faire briller une lampe sous une puissance donnée ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
F3 : Comment utiliser l’électricité pour chauffer la matière ?
Qu’est-ce qu’une résistance électrique ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
F4 : Pourquoi ça «saute» ? Est-ce un fusible ? Est-ce le disjoncteur ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
F6 : Réglage de l’éclairage d’une lampe (ou obtention d’une vitesse de rotation variable
pour un moteur à partir d’un générateur de tension constante) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
F7 : Le jeu des résistors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
Fiche technique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
B. Magnétisme, forces électromagnétiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
Les raisons de cet enseignement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
Objectifs généraux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
Une première proposition de progression . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
Une seconde proposition de progression . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
F1 : Quels sont les caractères d’un champ magnétique ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
F2 : Caractère vectoriel du champ magnétique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
F3 : Loi de Laplace . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
F4 : Principe de fonctionnement d’un haut-parleur électrodynamique
et d’un microphone électrodynamique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
F5 : Conversion d’énergie mécanique en énergie électrique et réciproquement . . . . . . . . . . . . . . . . 93
Document : Et si l’on tenait compte de T pour suivre la tension aux bornes d’un dipôle ohmique ? . . 95
Optique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
Un enseignement de l’optique géométrique en première scientifique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
Une proposition de progression . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
F1 : Peut-on voir la lumière ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
F2 : Où se trouve ce que l’on voit ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
F3 : À quoi sert une loupe ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
F4 : Que voit-on à travers une lentille convergente ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108

Introduction 5
Introduction
aux documents de
physique et de chimie
Le programme de la classe de seconde générale et technologique et celui du cycle
terminal de la série scientifique obéissent à des logiques différentes. En classe de
seconde, la population scolaire, dans sa majorité, ne se destine en effet pas à cette série.
Le programme doit donc faire sens par lui-même, et la dimension culturelle de
l’enseignement y est privilégiée. En classe de première scientifique, la perspective
change: il s’agit de construire la discipline à plus long terme, pour la classe terminale
dans un premier temps, pour l’après-baccalauréat ensuite. L’acquisition d’une certaine
technicité, tant sur le plan théorique qu’expérimental, s’ajoute à l’objectif culturel.
Trois grandes caractéristiques du programme de la classe de seconde restent cependant
présentes dans celui de la classe de première scientifique:
– un certain retour au fondamental;
– ancré sur une pratique expérimentale nettement affirmée;
– et sur la mise en place d’une pédagogie du questionnement.
Coupler la pratique expérimentale au retour au fondamental évite une présentation
formelle de la discipline. Fonder la pratique expérimentale sur une pédagogie du ques-
tionnement évite de réduire l’expérimental à une simple gestuelle. Le questionnement
appliqué aux notions fondamentales de la discipline permet de mettre l’accent sur la
modélisation physique.
La recherche permanente d’une bonne articulation entre ces trois dimensions est une
condition fondamentale de la mise en œuvre de ce programme dans l’horaire qui lui
est imparti. C’est en tout cas la fonction de ce document d’accompagnement que de
donner des pistes dans cette direction. Ces pistes sont présentées sous la forme d’activités
et de travaux expérimentaux conçus pour l’essentiel sous la forme de séquences
d’enseignement réalisables par le professeur1. Celles-ci ne sont évidemment ni impéra-
tives ni exhaustives. C’est bien ainsi qu’a été interprété le document d’accompagne-
ment du programme de la classe de seconde, diffusé à la rentrée 2000 dans tous les
établissements. Dans bien des académies, des groupes d’enseignants, et notamment des
groupes de formateurs, ont élaboré leurs propres documents, souvent mis en ligne
sur les serveurs académiques ou encore rassemblés dans un cédérom. Nul doute qu’un
foisonnement semblable accompagnera la mise en place du programme de la classe
de première scientifique. Loin de brider l’imagination des enseignants, les documents
d’accompagnement sont là pour la susciter et l’alimenter.
La dialectique discussion qualitative-formalisation d’une situation physique ou
chimique a été l’une des préoccupations qui ont guidé le choix et la progression des
contenus présentés dans ce document. La pratique du questionnement implique de
gérer avec soin, c’est-à-dire sans précipitation, la mise en place de la formalisation:
1. Dans la partie «physique» de ce document, le parti a été pris de présenter la plupart des séquences
sous la forme de «situation-problème». Ce n’est certes pas la seule démarche envisageable, mais son
intérêt réside en ce qu’elle s’efforce de faire émerger les représentations initiales des élèves. Les
«mises en scène» qui en résultent dans le document (questionnement initial, recensement des réponses
possibles des élèves, itération du questionnement par le professeur, proposition de résumé de la
séquence, etc.) peuvent sembler directives, mais elles ne sont que des exemples de traitement
possible: à chaque enseignant d’inventer ses propres façons de faire.