Programme de Physique-Chimie de seconde

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Programme de Physique-Chimie de seconde

Publié le : jeudi 21 juillet 2011
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N°2
30 AOÛT
2001
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HYSIQUE-CHIMIE
HORS-SÉRIE
2 - Messages de la lumière
Objectifs
Onmontredanscettepartiequel’analysedelalumière(direction,spectre)permetd’obtenirdesrenseignementssurlamatièred’oùelleest
issueetqu’elletraverse.Cettetechniqueestillustréeparquelquesapplicationsastrophysiques.
L’étudedelaréfractionestdansunpremiertempsréaliséeavecunfiltredecouleurdonnée.L’indicedumilieutransparentestintroduit.
Uneapprochehistoriquepermetd’introduirelanotionderadiationmonochromatique.Enobservantladécompositiondelalumièreblanche
àtraversunprisme,Newtontirelaconclusionquelescouleursobtenuessontprésentesdanslalumièreblanche,etqueleprismeapoureffet
delesséparer.L’indicedumilieutransparentconstituantleprismen’estdoncpaslemêmesuivantlacouleurdelalumière.Ilmontreensuite
quelescouleursduspectrenepeuventsedécomposerendenouvellescouleurs:sil’onenvoiedelalumièrerouge(émiseparunlaser
par exemple) sur un prisme, on retrouve la même couleur rouge après la traversée du prisme. Cette couleur est appelée radiation
monochromatique.
L’étudedenombreuxspectreslimitéeaudomaineduvisiblepermetdeformulerlesdeuxloissuivantes:
-uncorpschaudémetunrayonnementcontinu;cerayonnements’enrichitverslevioletlorsquelatempératureducorpsaugmente;
-danscertainesconditionsexpérimentales(faiblepression),uncorpsnepeutémettrequelesradiationsqu’ilestcapabled’absorber.
Uneentitéchimiqueestainsicaractériséeparunspectre,quiconstitueenquelquesortelasignaturedecetteentité.
L’analysespectraledonnedesrenseignementssurlatempératureetlacompositionchimiqued’astresinaccessiblesàl’expérimentation
directeparcomparaisonaveclesspectresd’atomesoud’ionsmesurésaulaboratoire.
EXEMPLES D’ACTIVITÉS
CONTENUS
CONNAISSANCES ET SAVOIR-FAIRE
EXIGIBLES
Commentunprismepermet-ild’obtenir
2.1.Unsystèmedispersif,leprisme
Savoirquelalongueurd’onde,qui
unspectre?
Caractérisationd’uneradiation.
s’exprimeenmètresetsous-multiples,
Décomposition de la lumière blanche par
LoisdeDescartessurlaréfraction pourune
caractérisedansl’airetdanslevideune
un prisme
radiation(l’undesmilieuxétantl’air).
radiationmonochromatique.
Etude expérimentale des lois de la
Dispersiondelalumièreblancheparunprisme. ConnaîtreetappliquerlesloisdeDescartes
réfraction en lumière monochromatique,
Variationdel’indiced’unmilieutransparent surlaréfraction.
puis en lumière blanche.
selonlaradiationquiletraverse;interprétation
Utiliser un prisme pour décomposer la
qualitativedeladispersiondelalumière
lumière blanche.
parunprisme.
Etudier expérimentalement la loi de
Descartes sur la réfraction :
- Utiliser un dispositif permettant d’étudier
les lois de la réfraction.
- Repérer un angle entre un rayon lumineux
et une référence.
- Mesurer un angle
2.2.Lesspectresd’émissionetd’absorption.
Savoirqu’uncorpschaudémetun
2.2.1.Spectresd’émission
rayonnementcontinuquis’enrichitversle
Spectrescontinusd’originethermique.
violetquandlatempératuredececorps
Spectresderaies.
augmente.
Savoirdistinguerunspectred’émissionet
Comment le spectre d’une étoile nous
2.2.2.Spectresd’absorption
unspectred’absorption.
renseigne-t-il sur sa température ?
Bandesd’absorptiondesolutionscolorés.
Savoirrepérer,parsalongueurd’ondedans
Réalisationduspectrecontinud’unelampe Raiesd’absorptioncaractéristiquesd’un
unspectred’émissionoud’absorption,une
àincandescence(avecprismeouréseau): atomeoud’union.
radiationcaractéristiqued’uneentité
Observationdelavariationdelacouleuret
chimique.
duspectredelalampeenfonctiondesa
Savoirqu’unatomeouunionnepeut
température.
absorberquelesradiationsqu’ilestcapable
d’émettre.
Utiliser un système dispersif pour visualiser
des
spectres
d’émission
et comparer ces
spectres à celui de la lumière blanche.
Utiliser un système dispersif pour visualiser
des
spectres
d’absorption et comparer ces
spectres à celui de la lumière blanche.
Commentdéterminerlanaturedelamatière
2.3.Applicationàl’astrophysique
Savoirquel’étudedesspectrespermetde
quientoureuneétoile?
connaîtrelacompositiondel’enveloppe
Réalisation de spectres de raies et de bandes :
externedesétoiles.
émission et absorption.
Étude expérimentale des couleurs de flamme.
* Les activités pouvant mettre en jeu les technologies de l’information et de la communication sont repérées par un astérisque.
Commentaires
Laphysiquedecettepartien’utilisequelemodèledel’optiquegéométriquepourlaloidelaréfractiondeDescartes.Aucunmodèlenesera
présentéconcernantl’optiquephysique.
Cettepartieduprogrammepermetd’enrichirlanotiond’entitéchimiquequiseraintroduitedanslecoursdechimie.
Iln’estpasutilededévelopperl’étudedesphénomènesderéflexionetderéflexiontotalepourintroduirelesnotionsindispensablesàlacom-
préhensiondesphénomènes.
Onconvientd’attacherunnombreservantderéférenceàcetteradiationmonochromatiquedansl’airoudanslevide.Cenombre,dontonne
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chercherapasàdonnerlasignificationphysique,estappelélongueurd’onde,noté ets’exprimeenmètres(ousous-multiples).Lepartipris
estdepouvoirutiliserdirectementdesdocumentsprovenantdesourcesvariées(Internet,livresd’astrophysique...)danslesquelslesradia-
tionssontrepéréesparleurlongueurd’ondedanslevide,etnonparleurfréquence.
Onpeut mentionner l’existencederayonnementinvisibleàl’oeil,ultravioletouinfrarouge.
II - L’Univers en mouvements et le temps
(4TP,8heuresenclasseentière)
Lemouvementdesplanètesestinterprétéparl’existencedesforcesd’interactiongravitationnelle.Cesmouvementsontpermisàl’Homme
deserepérerdansletemps.Parlasuite,lafabricationd’horloges,mécaniquesouélectriques,ontpermisunrepéragebeaucoupplusprécis.
1 - Mouvements et forces
Objectifs
Cettepartieeststructuréeautourde3notionsquis’articulentdansuneprogressionlogique:
-la
relativité
detoutmouvement:lemouvementd’unobjetn’adesensque
par rapport
àunautreobjetpriscommecorpsderéférence,
-le
principe d’inertie,
-l’
utilisation heuristique
duprinciped’inertiepourlamiseenévidencedeforces,etenparticulierdelagravitationuniverselle.
Larelativitédumouvements’établitsimplementparl’analysedediversexemplesoùlemouvementd’unobjetestdécritpardeuxobserva-
teursenmouvementl’unparrapportàl’autre.Onmontreensuitesurdesexemplesconcretsquel’exerciced’uneforceestsusceptiblede
modifierlemouvementd’uncorps,etl’ondétaillelesdeuxeffetspossibles:modificationdelavitesse, modificationdelatrajectoire.Après
avoirremarquéquel’absencedeforcenesignifiepasnécessairementabsencedemouvement,onposeleprinciped’inertiecommeprincipe
général.
Dansundeuxièmetemps,onseplacedansunréférentielgéocentriquepourétudierlemouvementdeprojectilessurTerre(chutedescorps)
etlemouvementdelaLune.L’utilisationheuristiqueduprinciped’inertieindiqueque,siunobjetnesuitpasunmouvementrectiligneuni-
forme,ilestsoumisàuneforce.Cetteforcerésultedel’interactiongravitationnellequi,àlasurfacedelaTerre,s’identifiepratiquementau
poids.L’enjeudeladémarcheestimportant:unprincipedephysiqueesttoujoursposécommegénéralisationvraisemblabledecasparti-
culiers.Maisunefoisposé,l’utilisationduprincipedansdessituationsnouvellespermetdedécouvriretd’interpréterdesphénomènes,ici,
l’existencedeforces.Onrestitueracettedémarchedanssoncontextehistorique.
L’étudedel’influencedelavitesseinitialesurlatrajectoired’unobjetpermetdecomprendrequalitativementcommentl’onpassed’unetra-
jectoiredetypeprojectileretombantàlasurfacedelaTerreàunetrajectoiredetypesatellite.L’objectifesticidecomprendrel’
universalité
del’interactiongravitationnelle,quirendcompteainsidesmouvementsàl’échellecosmiquecommedesphénomènesdepesanteur.
EXEMPLES D’ACTIVITÉS
CONTENUS
CONNAISSANCES ET SAVOIR-FAIRE
EXIGIBLES
Latrajectoired’uncorpsquitombeest-elle
1.1.Relativitédumouvement
Décrirelemouvementd’unpointdansdeux
lamêmepourtouslesobservateurs?
référentielsdifférents.
Analyse d’un mouvement par rapport
à différents corps de référence*
(étude à partir d’images vidéo,
1.2.Principed’inertie
chronophotographie)
1.2.a.Effetsd’uneforcesurlemouvement
Savoirqu’uneforces’exerçantsur uncorps
d’uncorps.Rôledelamasseducorps
modifielavaleurdesavitesseet/oula
Expériences montrant l’influence
directiondesonmouvementetquecette
d’une force sur le mouvement d’un corps
modificationdépenddelamasseducorps.
(action d’un
aimant sur une bille qui roule,
modification de la
trajectoire d’une balle
1.2.b.Enoncéduprinciped’inertiepourun
Enoncerleprinciped’inertie
lorsqu’on la touche, forces entre corps
observateurterrestre:“toutcorpspersévère. Savoirqu’ilestéquivalentdedire:“uncorps
électrisés…)
danssonétatdereposoudemouvement
estsoumisàdesforcesquisecompensent”
rectiligneuniformesilesforcesqui
et“uncorpsn’estsoumisàaucuneforce”.
s’exercentsurluisecompensent”
Peut-ilyavoirmouvementsansforce
dansunréférentielterrestre?
1.3.Lagravitationuniverselle
Utiliserleprinciped’inertiepourinterpréter
Etuded’exemplesdelaviecourante
1.3.a.L’interactiongravitationnelleentre
entermesdeforcelachutedescorpssur
provenantdefilmsoudebandesdessinées deuxcorps.
Terre
illustrantleprinciped’inertie
1.3.b.Lapesanteurrésultedel’attraction
Calculerlaforced’attractiongravitationnelle
terrestre.
quis’exerceentredeuxcorpsàrépartition
Comparaisondupoidd’unmêmecorpssur
sphériquedemasse,etreprésentercetteforce.
laTerreetsurlaLune.
Casdupoidsendifférentspointsdelasurface
delaTerre
PourquoilaLune“netombe-t-ellepas”
1.3.c.Trajectoired’unprojectile.
Prévoirqualitativementcomment
surlaTerre?
InterprétationdumouvementdelaLune
estmodifiélemouvementd’unprojectile
Influence de la vitesse initiale sur la chute
(oud’unsatellite)parextrapolation
lorsqu’onmodifieladirectiondulancement
d’un corps* (simulation, étude à partir
dumouvementd’unprojectile.
oulavaleurdelavitesseinitiale.
d’images vidéo..)
Observation du mouvement circulaire
uniforme d’un corps soumis à une force
centrale
* Les activités pouvant mettre en jeu les technologies de l’information et de la communication sont repérées par un astérisque.
Commentaires
L’analysedelarelativitédetoutmouvementfaitapparaîtrelanécessitédepréciser,àchaquefoisquel’onétudielemouvementd’unobjet,
lechoixducorpsderéférence,appeléréférentiel..
Mais il est inutile d’attacher un repère à ce référentiel.
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