Le Repaire des Sciences
Sciences Physiques et Chimiques

 

 

 

 

     Thème n°1 : L'Univers

 

 

La physique et la chimie permettent de percer les secrets de l'Univers. Les scientifiques connaissent ainsi tous les types d'atomes existants ; ils savent déterminer la composition d'étoiles extrêmement lointaines, prédire leur avenir, ou encore expliquer la cohésion du système solaire.

 

Chapitre 1 : L'univers qui nous entoure   Nathan Sirius : chap. 7 p. 104 à 119

De quoi avoir le tournis... Hervé Bazin écrivit : "Il faut se résigner à n'avoir qu'une pensée d'homme, à mesurer l'Univers avec ce millimètre" (Ce que je crois, 1977). Faisons le point sur ce que nous pouvons dire, à la lumière de la science, en voyant comment elle procède pour nous donner une place, là.

Activités et ressources

Compétences associées

Pour démarrer

Evaluation diagnostique

Activité 1.1 : "Les objets de l'Univers"
         
Balade dans l'Univers
          Exercices sur les distances

          Voyage avec les puissances de 10
          La vidéo cultissime d'IBM
          Jeu des correspondances
          Problème 1 p. 107
Activité 1.2 : "Regarder loin, c'est regarder tôt"
           activité 4 p. 109
Activité 1.3 : "Où sommes-nous ?"
 

Le cours

Exercices
          n°9-16 p. 115
          n°20, 24, 25, 26 p. 117 ; 28 p. 118

         exercice résolu
         L'expérience de Franklin (base d'exercice)

Evaluation Formative

Quizz 1 - Quizz 2

· Savoir que le remplissage de l’espace par la matière est essentiellement lacunaire, aussi bien au niveau de l’atome qu’à l’échelle cosmique.

· Connaître la valeur de la vitesse de la lumière dans le vide (ou dans l’air).

· Connaître la définition de l’année de lumière et son intérêt.

· Expliquer l’expression : « voir loin, c’est voir dans le passé ».

· Utiliser les puissances de 10 dans l’évaluation des ordres de grandeur.


Les "bêtes noires"

Conversions en mètre  
Multiples et sous-multiples Principe des conversions
Conversions de longueur S'entraîner sur les conversions
Conversions de surface  
Conversions de volume Puissances de dix , écriture scientifique : voir méthodologie
Unités adaptées  
Chiffres significatifs Chiffres significatifs et précision - S'entraîner
Ecriture scientifique Principe de l'écriture scientifique


Quelques prolongements

Aristarque de Samos Voir le tout petit : principe de l'effet tunnel et microscope à effet tunnel
De la Terre à la Lune, par Hipparque et Ptolémée , et aujourd'hui L'expérience de Franklin -
Deux modèles historiques du système Terre-Soleil  
Eratosthène et la mesure du diamètre terrestre Comment délimiter le rayon de l'atome ?
Détermination de la distance Terre-Soleil Plus c'est gros, moins c'est dense...
Les indicateurs de distance Le théorème du dernier souffle de César
La mesure de la vitesse de la lumière  
Une vision contemporaine de l'Univers  


 


 

Chapitre 2 : Les messages de la lumière des étoiles   Nathan Sirius : chap. 8-9 p. 120 à 151

Plus les objets sont lointains, et plus il est illusoire de vouloir les étudier directement. Les étoiles sont de ceux-là : très lointaines - la plus proche est à quelques a.l. de nous - et surtout très chaudes - s'approcher du Soleil est impossible -, leur étude semblait bien compromise jusqu'à ce que la connaissance de la nature de la lumière n'ouvre de nouvelles perspectives, en livrant des messages très précis sur ses sources...

Activités et ressources

Compétences associées

Pour démarrer - Evaluation diagnostique


Activité 2.1a : "Vers une loi pour la réfraction"  
                   animation "disque optique"
                   Geogebra act2.1a modeles.ggb
                   notice du logiciel Latis Pro

                   Télécharger Latis Pro
                 (licence découverte LTP 111 222 333)

Activité 2.1b : "Apparition de spectres"
                   animation "couleurs spectrales"

Activité 2.1c : "Les multiples facettes de l'Univers"  

                   La Voie Lactée vue sous toutes les coutures 


Activité 2.2
: "Spectres messages de la lumière"
         Spectres continus d'origine thermique   
         Spectre et température
         Spectres d'émission et d'absorption des éléments
         Etude d'un spectre : SpecTrace - étalon - inconnu
         Etude d'un spectre stellaire , du Soleil

 

Le cours

Exercices
          n°21 et 23 p. 133

         Exercice résolu 1 - Exercice résolu 2
Evaluation formative
Quizz 1 - Quizz 2 - Quizz 3 - Quizz 4 -

Quizz 5

·  Savoir qu’un corps chaud émet un rayonnement continu, dont les propriétés dépendent de la température.

·  Repérer, par sa longueur d’onde dans un spectre d’émission ou d’absorption une radiation caractéristique d’une entité chimique.

·  Utiliser un système dispersif pour visualiser des spectres d’émission et d’absorption et comparer ces spectres à celui de la lumière blanche.

·  Savoir que la longueur d’onde caractérise dans l’air et dans le vide une radiation monochromatique.

·  Interpréter le spectre de la lumière émise par une étoile : température de surface et entités chimiques présentes dans l’atmosphère de l’étoile.

·  Connaître la composition chimique du Soleil.

·  Pratiquer une démarche expérimentale pour établir un modèle à partir d’une série de mesures et pour déterminer l’indice de réfraction d’un milieu.

·  Interpréter qualitativement la dispersion de la lumière blanche par un prisme

Quelques prolongements

Réfraction du laser à la surface de l'eau - expériences Spectres d'émission et d'absorption des éléments
Loi de Descartes pour la réfraction Spectres d'émission des éléments
Etude virtuelle de la réfraction Les Incollables et la lumière des étoiles
Dispersion par un prisme Exercice : types de spectres
L'arc-en-ciel Exercice : le vocabulaire de l'optique
Couleur de flammes : baryum , cuivre , potassium , sodium Spectroscopie des étoiles
Les Incollables et la lumière Etude du spectre solaire
Spectres et température  
La couleur des objets Histoire de lumière : ondes et photons - spectre électromagnétique

La formation de l'arc-en-ciel et les phénomènes optiques
La spectroscopie
Observer les multiples facettes de l'Univers - la radioastronomie
L'homme invisible
Les mirages
Pourquoi le verre est-il transparent ?

 

Chapitre 3 : La structure de la matière   Nathan Sirius : chap. 10 à 12 p. 152 à 197

Plonger dans la structure intime de la matière, à l'échelle microscopique, ou regarder l'Univers dans son ensemble... Après le tournis, la démarche scientifique. De tout temps l'Homme a cherché à décrire la matière qui constitue tout ce qui l'entoure : les conceptions actuelles sont un héritage précieux. Il y a visiblement de l'ordre à toute échelle, que certains ont cherché à mettre en évidence : la démarche de Mendeleiev concernant les éléments chimiques en constitue un bel exemple.
   NB : On n'abordera pas, ici, la formation des molécules (voir thème 2).

Activités et ressources

Compétences associées

Pour démarrer   - Evaluation diagnostique

Activité 3.1 : L'atome à travers le temps
          activité 2 p. 155
         animation
- quizz1 - quizz2

Activité 3.2 : L'expérience de Rutherford
          activité 1 p. 154 - animation
         Caractéristiques des constituants de l'atome
Activité 3.3 : Quantification de l'énergie de l'atome

          activité 2 p. 169
Activité 3.4 : Les gaz nobles

         Règle de l'octet - Formation des ions
         Document : les ions de l'eau minérale

Activité 3.5a : Eléments chimiques dans l'Univers
         A la découverte des éléments chimiques

Activité 3.5b : Autour de l'élément cuivre

          activité 3 p. 170-171 (sur l'élément fer)
Activité 3.6 : La démarche de Mendeleiev 

          activité préparatoire 1 p. 184

          activité 2 p. 185
         Le cycle du carbone selon Primo Levi

 

Le cours
Document : la classification périodique

Mots manquants
- QCM

Exercice résolu - Exercices
Evaluation formative

·         Connaître la constitution d’un atome et de son noyau.

·         Connaître et utiliser le symbole (Z,A)X.

·         Savoir que l’atome est électriquement neutre.

·         Connaître le symbole de quelques éléments.

·         Mettre en œuvre un protocole pour identifier des ions.

·         Dénombrer les électrons de la couche externe.

·     Connaître et appliquer les règles du duet et de l’octet pour rendre compte des charges des ions monoatomiques usuels.

 

Quelques prolongements

Abondance relative des éléments dans l'Univers (H. Reeves) Le cycle du carbone (P. Lévi)
Georges Charpak et le modèle atomique Dessine-moi un atome
La structure de la matière... avant l'atome ! C'est quoi, un électron ?
D'hier à demain : le tableau périodique des éléments L'expérience de Millikan
C'est quoi, la charge électrique ? Peut-on transmuter du mercure en or ?
Des ions dans l'eau minérale Des isotopes pour lutter contre la fraude
Mendeleiev : la taxonomie devient une science Une brève histoire de la matière
Peut-on voir un atome ? Applications de l'isotopie
Les débuts de la physique quantique  
 

Caractéristiques des constituants de l'atome
L'histoire de la connaissance de la matière et les modèles de l'atome

 

 

Chapitre 4 : Un Univers en mouvement - Les lois mécaniques de l'Univers   Nathan Sirius : chap. 13-14 p. 198 à 227

L'histoire de la mécanique, celle avec un grand H, est aussi celle des conceptions de l'Homme sur l'Univers qui l'entoure. La découverte de l'universalité des lois mécaniques a été une révolution à bien des égards : issue des idées de la Renaissance, elle a débouché sur les Lumières

Activités et ressources

Compétences associées

Pour démarrer - Evaluation diagnostique

Activité 4.1 : "Le mouvement et sa relativité"
Activité 4.2a : "Newton vu par Voltaire"
           activité 1 p. 214 : Newton et la gravitation

Activité 4.2b : "Gravitation et science-fiction"
Activité 4.3 : "Poids et gravitation"

Activité 4.4 : "La chute des objets"
Animation : le canon de Newton (attention à la virgule : 2000 m/s correspond à 2,000 m/s, et m/s désigne le mile per second)

 

Le cours

Exercices
          n°9-16 p.

Fiche de révision

·  Calculer la force d’attraction gravitationnelle qui s’exerce entre deux corps à répartition sphérique de masse.

·  Savoir que la pesanteur terrestre résulte de l’attraction terrestre.

·  Comparer le poids d’un même corps sur la Terre et sur la Lune.

·  Mettre en œuvre une démarche d’expérimentation utilisant des techniques d’enregistrement pour comprendre la nature des mouvements observés dans le système solaire.

·  Analyser des documents scientifiques portant sur l’observation du système solaire

 

Quelques prolongements

Tracer le vecteur vitesse La gravitation
Le centre d'inertie Le tube de Newton
Décollage d'une fusée sur Terre et à bord de la fusée Les référentiels géocentriques et héliocentrique
Masse et poids Mars dans le référentiel géocentrique et héliocentrique
Masse, poids et dynamomètre Pour s'entraîner au pointage :
            beret - cycloide - vélo et balle
            saut sur la Lune - planètes - bille
La gravitation par les Incollables Le canon de Newton
Microgravité  

Merci à J.-F. Noblet (mon prof) pour ces animations sur la relativité et sur le mouvement des planètes