Programme de Physique-Chimie au collège
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Version du 11 mars 2015 à 10:30
Sommaire
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Classe de cinquième
N.B. : L’enseignement de Physique-Chimie au collège commence en cinquième.
N.B. : L’enseignement de Physique-Chimie au collège commence en cinquième.
Le programme est organisé en trois parties :
- L’eau dans notre environnement - Mélanges et corps purs (50%)
- Les circuits électriques en courant continu -Etude qualitative (25%)
- La lumière : sources et propagation rectiligne (25%)
1) L’eau dans notre environnement – Mélanges et corps purs
Cette partie propose un ensemble de notions essentiellement fondées sur l'observation et l'expérimentation. Sa finalité est de clarifier les notions de mélanges et de corps purs et de présenter les trois états de la matière et les changements d’état associés. Cette partie s’appuie sur l’étude de l’eau qui permet de travailler sur des sujets en relation avec leur environnement et de développer les thèmes développement durable, énergie et sécurité. Cette partie prolonge les acquis de l’école élémentaire, conforte et enrichit le vocabulaire (mélanges homogènes et hétérogènes) ; elle développe les savoir-faire expérimentaux (manipulation d’une verrerie spécifique).
L'eau dans notre environnement
- Quel rôle l’eau joue-t-elle dans notre environnement et dans notre alimentation ?
Mélanges aqueux
- Comment obtenir de l'eau limpide ?
Mélanges homogènes et corps purs
- Un liquide d’aspect homogène est-il pur ?
- Une eau limpide est-elle une eau pure ?
Les changements d'état de l'eau
- Que se passe-t-il quand on chauffe ou refroidit de l'eau (sous pression normale) ?
- Les trois états physiques de l'eau
- Les changements d'état
- Les grandeurs physiques associées
L'eau solvant
- Peut-on dissoudre n'importe quel solide dans l'eau (sucre, sel, sable...) ?
- Peut-on réaliser un mélange homogène dans l’eau avec n’importe quel liquide (alcool, huile, pétrole...) ?
2) Les circuits électriques en courant continu – Étude qualitative
Cette partie du programme se fonde sur l'observation et sur la réalisation pratique, sans mesures. Elle introduit les propriétés élémentaires d’un circuit en série ou avec une dérivation et les premières notions de transfert et conversion d’énergie. Elle présente un grand intérêt par l’importance de l’électricité dans la vie quotidienne et permet de développer les thèmes de convergence : énergie, sécurité.
Circuit électrique
- Réalisation d’un montage simple : générateur, lampe, moteur
- Notions de circuit ouvert, fermé, de court-circuit
Circuit électrique en série
- Schémas et symboles normalisés des composants électriques
- Sens du courant, dipôles
- Matériaux conducteurs et isolants
Circuit électrique comportant une dérivation
3) La lumière : sources et propagation rectiligne
Comme l’eau et l’électricité, la lumière fait partie de notre environnement quotidien. Son introduction prolonge les approches faites à l’école primaire. La propagation rectiligne, élément nouveau par rapport à l’école primaire, est un excellent moyen pour introduire la notion de modèle avec le rayon lumineux.
Sources de lumière - vision d'un objet
- Comment éclairer et voir un objet ?
- Comment se propage la lumière ?
Classe de quatrième
Le programme est organisé en trois parties :
- De l’air qui nous entoure à la molécule (35%)
- Les lois du courant continu (35%)
- La lumière : couleurs, images, vitesse (30%)
1) De l’air qui nous entoure à la molécule
Cette partie a pour objet d’introduire dans un premier temps la molécule à partir de deux exemples : l’eau, déjà étudiée en classe de cinquième, et l’air, abordé en classe de quatrième. Elle permet notamment de réinvestir les notions sur l’eau vues en classe de cinquième concernant la distinction entre mélanges et corps purs, les changements d’état et la conservation de la masse lors de ces changements d’état. Dans un second temps, elle conduit, en s’appuyant sur les combustions, à l’étude des transformations chimiques et à leur interprétation atomique.
Composition de l'air
- De quoi est composé l’air que nous respirons ?
- Est-il un corps pur ?
Volume et masse de l'air
- L'air a-t-il un volume propre ?
- A-t-il une masse ?
Une description moléculaire pour comprendre
Les combustions
- Qu'est-ce que brûler ?
Les atomes pour comprendre la transformation chimique
2) Les lois du courant continu
Intensité et tension
Cette partie a pour objet d’introduire certaines lois du courant continu à partir de mesures d’intensité de courants électriques et de tension électrique réalisées par les élèves eux-mêmes. Elle prolonge l’approche qualitative des circuits vue à l’école primaire et en classe de cinquième tout en évitant des exercices calculatoires répétitifs. Cette étude est l'occasion d'une première sensibilisation à l'universalité des lois de la physique.
- Intensité et tension, deux grandeurs électriques issues de la mesure : quelles grandeurs électriques peut-on mesurer dans un circuit ?
Le dipôle « résistance » et la loi d'Ohm
Cette partie a pour objet d’introduire la loi d’Ohm à partir du dipôle « résistance » sans oublier son importance dans le domaine énergétique. C'est une illustration de la modélisation d'un comportement physique par une relation mathématique, la relation de proportionnalité.
- La « résistance » : quelle est l’influence d’une « résistance » dans un circuit électrique série ?
- La loi d'Ohm : comment varie l’intensité du courant électrique dans une « résistance » quand on augmente la tension électrique à ses bornes ?
3) La lumière : couleurs, images, vitesse
Lumières colorées et couleur des objets
Cette partie prolonge le programme de cinquième par la notion de couleur. Le monde qui entoure l’élève est un monde coloré. Cette rubrique, qui constitue une première approche de la couleur comportement physique par une relation mathématique, la relation de proportionnalité, abordée également en arts graphiques, est un terrain favorable pour une importante activité d’expérimentation raisonnée.
- Lumières colorées et couleur des objets : comment obtenir des lumières colorées ?
Lentilles, foyers et images
Dans le prolongement de la problématique introduite en classe de cinquième « comment éclairer et voir un objet ? » et « comment se propage la lumière ? », cette rubrique propose une première analyse de la formation des images.
- Que se passe-t-il quand la lumière traverse une lentille ?
- Comment obtient-on une image à l’aide d’une lentille convergente ?
Vitesse de la lumière
Les élèves ont vu en cinquième que la lumière se propage en ligne droite. L'étude de la vitesse de la lumière est l’occasion d’aborder un autre exemple de relation de proportionnalité.
- Dans quels milieux se propage la lumière ?
- A quelle vitesse se propage la lumière ?
Classe de troisième
Le programme est organisé en trois parties :
- La chimie, science de la transformation de la matière (45%)
- Energie électrique et circuits électriques en « alternatif » (40%)
- De la gravitation à l’énergie mécanique (15%)
La chimie, science de la transformation de la matière
Conduction électrique et structure de la matière
Après avoir étudié dans les classes antérieures les propriétés du courant électrique dans les circuits, l’élève aborde ici la nature de ce courant. C’est d’abord dans les métaux que la nature du courant électrique est abordée puisque l’élève n’a utilisé que de tels conducteurs dans les circuits qu’il a construits ; cette notion est ensuite étendue aux solutions aqueuses.
- Utilisation des métaux dans la vie quotidienne : quels sont les métaux les plus couramment utilisés ?
- L’électron et la conduction électrique dans les solides : tous les solides conduisent-ils le courant électrique ?
- L’ion et la conduction électrique dans les solutions aqueuses : toutes les solutions aqueuses conduisent-elles le courant électrique ?
Tests de reconnaissance de quelques ions
On retrouve ici la notion de test de reconnaissance appliquée à de nouvelles espèces chimiques souvent rencontrées dans ce programme. C’est l’occasion, en liaison avec la reconnaissance des ions hydrogène, d’introduire la notion de pH, premier pas dans l’étude de l’acido-basicité, en utilisant des produits d’utilisation courante.
- Comment reconnaître la présence de certains ions en solution ?
Réaction entre le fer et l’acide chlorhydrique ; interprétation
Ce paragraphe permet d’aborder des réactions chimiques en milieu aqueux avec mise en jeu d’ions.
- Réaction entre l’acide chlorhydrique et le fer : quels produits sont formés ?
Pile électrochimique et énergie chimique
De nombreux appareils courants (lampe de poche, télécommande, calculatrice, petits appareils domestiques tels que rasoirs, appareils photographiques, téléphones portables, outils de bricolage) fonctionnent avec des piles électrochimiques ou avec des accumulateurs. Quelques notions d’énergie chimique sont donc proposées à ce niveau d’enseignement en se limitant aux piles électrochimiques.
- Approche de l’énergie chimique : comment une pile électrochimique peut-elle être une source d’énergie ?
Synthèse d’espèces chimiques
Un des objectifs premiers de la chimie est de produire de nouvelles espèces chimiques à partir d’autres ; les notions de corps pur, de transformation chimique, de réactifs et de produits sont ainsi réinvesties. Les élèves doivent avoir pris conscience, à la sortie du collège, que la chimie a aussi un caractère novateur qui consiste :
- soit à synthétiser des espèces chimiques déjà existantes dans la nature, afin d’en abaisser le coût et/ou d’en garantir la disponibilité ;
- soit à créer des espèces chimiques n’existant pas dans la nature, afin de répondre à des besoins.
Synthèse d’une espèce chimique existant dans la nature
- Comment synthétiser l’arôme de banane ?
Création d’une espèce chimique n’existant pas dans la nature
- Comment créer de nouvelles espèces chimiques ?
Energie électrique et circuits électriques en « alternatif »
L’électricité est omniprésente dans notre vie quotidienne. La finalité de cette partie est d’aborder la notion de tension alternative en partant de la centrale électrique et d’introduire quantitativement puissance et énergie électriques. L’expression utilisée comme titre de cette rubrique, les circuits électriques en « alternatif », est celle qui est employée dans la vie courante.
De la centrale électrique à l’utilisateur
- Des possibilités de production de l’électricité : quel est le point commun des différentes centrales électriques ?
- L’alternateur : comment produire une tension variable dans le temps ?
- Tension continue et tension alternative périodique : qu'est-ce qui distingue la tension fournie par le secteur de celle fournie par une pile ?
- L’oscilloscope et/ou l’interface d’acquisition, instrument de mesures de tension et de durée : que signifient les courbes affichées par un oscilloscope ou sur l’écran de l’ordinateur ?
- Mesure d’une tension : qu'indique un voltmètre utilisé en «alternatif» ?
Puissance et énergie électriques
En relation avec la vie quotidienne, il apparait indispensable que le futur citoyen aborde quantitativement les notions de puissance et d’énergie électriques afin de pouvoir gérer sa consommation électrique et de faire des choix énergétiques raisonnés.
- La puissance électrique : que signifie la valeur exprimée en watts (W), indiquée sur chaque appareil électrique ?
- La mesure de l’énergie électrique : à quoi sert un compteur électrique ? Que nous apprend une facture d'électricité ?
De la gravitation ... à l’énergie mécanique
Cette partie est destinée à donner aux élèves des notions sur la gravitation et sa manifestation au voisinage de la Terre (poids d’un corps). Elle introduit l’énergie de position et l’énergie cinétique. Elle contribue à la formation du citoyen dans le domaine de la sécurité routière.
Interaction gravitationnelle
Après une présentation du système solaire, l’enseignant introduit progressivement la gravitation comme une action attractive à distance entre deux objets ayant une masse puis comme une interaction qui dépend de la distance entre les deux objets. La notion d’énergie de position est abordée ainsi que sa conversion en énergie de mouvement.
- Notion de gravitation : pourquoi les planètes gravitent-elles autour du Soleil et les satellites autour de la Terre ?
- Poids et masse d’un corps : pourquoi un corps a-t-il un poids ? Quelle est la relation entre le poids et la masse d’un objet ?
- Energie mécanique : comment évolue l'énergie d'un objet qui tombe sur Terre ?
Énergie cinétique et sécurité routière
Dans les moyens de transport, l’homme cherche toujours à aller plus vite pour gagner du temps ; le train à grande vitesse (TGV) en est une remarquable illustration. Mais les trop nombreux accidents routiers qui touchent notamment les jeunes justifient à eux seuls l’approche quantitative de l’énergie cinétique. Plus positivement, ce paragraphe peut être exploité avec profit dans le cadre de l’attestation scolaire de sécurité routière afin d’attirer l’attention des élèves sur les dangers de la vitesse.
- Approche de l’énergie cinétique : de quels paramètres l’énergie cinétique dépend-elle ?
- Pourquoi la vitesse est-elle dangereuse ?
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