Physique-chimie (niveau 4ème du cycle central)

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.
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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.