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Physique Chimie au Lycée | Première S | Animations flash

1eS

 

 

 

FORCES | TRAVAIL | ÉNERGIE

 

01. Centre d'inertie    en  es

02. Poussée d'Archimède    en  es

03. 1e loi de Newton - Principe d'inertie    en  es

04. 2e loi de Newton - Relation fondamentale de la dynamique    en  es

05. 3e loi de Newton - Principe des actions réciproques    en  es

06. Équilibre d'un solide soumis à trois forces - exercice 1    en  es

07. Équilibre d'un solide soumis à trois forces - exercice 2    en  es

08. Solide soumis à trois forces & mouvement rectiligne uniforme - le skieur    en  es

09. Énergie cinétique d'un scooter    en  es

10. Énergie cinétique : chute sans vitesse initiale

11. Énergie cinétique, potentielle, mécanique : montagnes russes    en  es

12. Théorème de l'énergie cinétique    en  es

13. Le pendule simple - Transferts d'énergie - Activité "expérimentale"    en  es

14. Le pendule simple - Transferts d'énergie - Approche théorique    en  es

 

ÉLECTRODYNAMIQUE

 

15. Le moteur électrique - Transferts d'énergie - Rendement    en  es

16. Le spectre magnétique d'un aimant droit    en  es

17. Le champ magnétique créé par un courant - Cas du solénoïde    en  es

18. Quatre activités autour du champ magnétique dans un solénoïde long    en  es

19. Force de Laplace | Rail de Laplace | Règle des trois doigts (main droite)    en  es

20. Une application de la force de Laplace | le moteur électrique | le principe    en  es

21. Une application de la force de Laplace | le haut-parleur | le principe    en  es

 

OPTIQUE | IMAGES FORMÉES PAR DES SYSTÈMES OPTIQUES

 

22. Images données par une lentille convergente    en  es

23. Mise au point avec un appareil photo    en  es

24. La couleur : Synthèse additive    en  es

25. La couleur : Synthèse soustractive | Les filtres    en  es

 

CHIMIE | RÉACTIONS D'OXYDOREDUCTION

 

26. Ajuster la stoechiométrie - Conservation des éléments et de la charge    en  es

27. Ajuster les équations rédox    en  es

    

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

PCCL © 2017

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

PROGRAMME

1s

le contenu du cours

 

 

PHYSIQUE

 

I - Les interactions fondamentales

(3 heures, 1 TP)

 

1 - Particules élémentaires

Les constituants de la matière: neutrons, protons, électrons.

Charge élémentaire.

 

2 - Interactions fondamentales

- La masse et l’interaction gravitationnelle; loi de Newton.

- Les charges et l’interaction électrique; loi de Coulomb; direction, sens, valeur:

F = kqq’/d2 avec k = 9x109 S I

Phénomènes d’électrisation.

Isolants. Conducteurs; porteurs de charge : électrons et ions

- Les nucléons et l’interaction forte.

Deux interactions à l’oeuvre dans le noyau :la répulsion coulombienne entre protons compensée, jusqu’à l’uranium, par une interaction attractive intense mais de courte portée.

 

3 - Interactions et cohésion de la matière à diverses échelles

échelle astronomique

échelle atomique et humaine

échelle du noyau.

 

II - Forces, travail et énergie

(18 heures, 6 TP)

 

A - FORCES ET MOUVEMENTS

 

1 - Mouvement d'un solide indéformable

1.1 Vecteur vitesse d'un point du solide

1.2 Centre d'inertie d'un solide

1.3 Mouvement de translation d'un solide

1.4 Mouvement de rotation d'un solide autour d'un axe fixe ; vitesse angulaire

 

2 - Forces macroscopiques s'exerçant sur un solide

Actions exercées sur un solide ; exemples d'effets produits (maintien en équilibre, mise en mouvement de translation, de rotation, déformations)

 

3 - Une approche des lois de Newton appliquées au centre d'inertie

1e loi : Principe d'inertie

Ce principe n'est vrai que dans certains référentiels

Ces référentiels sont dits galiléens.

2e loi : Aspect semi-quantitatif : comparaison de la somme des forces et de la variation du vecteur vitesse du centre d'inertie dans un référentiel galiléen.

3e loi : Principe des actions réciproques

 

B - TRAVAIL MÉCANIQUE ET ÉNERGIE

 

1 - Travail d'une force

1.1 Notion de travail d'une force

Effets possibles d'une force dont le point d'application se déplace.

1.2 Travail d’une force constante

WAB= F.AB = F.AB. cosa

Unité de travail : le joule (symbole: J).

Expression du travail du poids d’un corps.

Travail moteur, travail résistant.

1.3 Puissance du travail d’une ou plusieurs forces

 

2 - Le travail: un mode de transfert de l’énergie

2.1 Travail et énergie cinétique

Dans un référentiel terrestre, étude expérimentale de la chute libre d’un corps au voisinage de la Terre; travail du poids:

WAB(P) = D[(1/2)MVG2 ]

Interprétation énergétique; définition de l’énergie cinétique d’un solide en translation.

Généralisation : pour un solide en translation soumis à diverses forces:

(1/2)MVB2 - (1/2)MVA2= åWAB(Fext)

2.2 Travail et énergie potentielle de pesanteur

Énergie potentielle d’un solide en interaction avec la Terre;

Cas particulier des situations localisées au voisinage de la Terre. Relation Epp = Mgz .

Transformation d’énergie potentielle en énergie cinétique dans le cas de la chute libre.

 

2.3 Travail et énergie interne

Quelques autres effets du travail reçu (déformations élastiques, élévation de température, changements d’état physico-chimiques).

Notion d’énergie interne.

 

3 - Le transfert thermique

Un travail reçu peut produire une élévation de température d’un corps. Une élévation identique de température peut être obtenue par transfert d’énergie sous une autre forme: le transfert thermique ; aspect microscopique.

Autre mode de transfert énergétique:le rayonnement.

 

III Électrodynamique

(15 heures, 5 TP)

 

A - CIRCUIT ÉLECTRIQUE EN COURANT CONTINU

 

1 - Transferts d'énergie au niveau d'un générateur et d'un récepteur.

 

1.1 Énergie électrique We reçue par un récepteur, traversé par le courant d'intensité I, pendant Dt :

We = (VA-VB) I Dt

avec UAB = (VA-VB) > 0.

Puissance électrique du transfert :

P = UABI.

 

1.2 Effet Joule : applications

 

1.3 Énergie électrique transférée du générateur au reste du circuit pendant la durée Dt :

We = (VP-VN) I Dt

(VP-VN) = UPN désigne la ddp ou tension entre les bornes positive et négative du générateur et I l'intensité du courant qui le traverse.

Puissance électrique du transfert :

P = UPN I

 

1.4 Bilan du transfert d'énergie pendant la durée Dt

Un récepteur absorbe une énergie électrique UAB I Dt , et "dissipe" une partie r.I2.Dt et convertit le reste sous une autre forme (mécanique, chimique...).

Un générateur transforme partiellement une forme d'énergie (mécanique, chimique...) E.I.Dt en énergie électrique disponible UPN.I.Dt

Le complément r.I2.Dt est dissipé sous forme thermique par effet Joule.

 

2 - Comportement global d'un circuit

 

2.1 Distribution de l'énergie électrique pendant la durée Dt :

We(générateur) = åWe(récepteurs)

Justification énergétique des lois d'additivité des tensions et des intensités (loi des noeuds).

 

2.2 Etude des paramètres influant sur l'énergie transférée par le générateur au reste d'un cicuit résistif :

- Influence de la force électromotrice E

- Influence des résistances et de leurs associations

- Relation I = E / Req

- Puissance maximale disponible aux bornes d'un générateur, tolérée par un récepteur.

 

B - MAGNÉTISME. FORCES ÉLECTROMAGNÉTIQUES

 

1. Champ magnétique

 

Action d'un aimant, d'un courant continu, sur une très courte aiguille aimantée.

Vecteur champ magnétique B : direction, sens, valeur et unité.

Exemples de lignes de champ magnétique ; champ magnétique uniforme.

Superposition de deux champs magnétiques (addition vectorielle)

 

2. Champ magnétique créé par un courant

 

Proportionnalité de la valeur du champ B et de l'ijtensité du courant en l'absence de milieux magnétiques.

Champ magnétique créé par :

- un courant rectiligne ;

- un solénoïde.

 

3. Forces électromagnétiques

 

Loi de Laplace ; direction, sens, valeur de la force : F = I.l .B.sina

 

4. Couplage électromagnétique

 

Conversion d'énergie électrique en énergie mécanique. Rôle moteur des forces de Laplace. Observation de l'effet réciproque associé au mouvement d'un circuit dans un champ magnétique : conversion d'énergie mécanique en énergie électrique.

 

 

IV Optique

(9 heures, 3 TP)

 

1. Conditions de visibilité d'un objet

 

Rôle de l'oeil dans la vision directe des objets. Propagation de la lumière : modèle du rayon lumineux ; point-objet.

Lentilles convergentes ; lentilles divergentes. Critères simples de tri.

 

2. Images formées par des systèmes optiques

 

2.1 Images données par un miroir plan

Observation et localisation de l'image d'un objet donné par un miroir plan.

Point-image conjugué d'un point objet. Lois de la réflexion.

 

2.2 Images données par une lentille convergente

Observation et localisation des images données par une lentille convergente.

Modélisation géométrique d'une lentille mince convergente ; centre optique, foyers ; distance focale, vergence.

Modélisation analytique : relations de conjugaison et de grandissement des lentilles minces convergentes.

La loupe.

 

3. Un exemple d'appareil optique

 

Modélisation expérimentale d'un instrument d'optique simple : lunette astronomique, lunette terrestre ou jumelles, appareil de projection ou de rétro-projection...

 

CHIMIE

 

I - La mesure en chimie

(16 heures de cours, 8 ou 9 TP)

 

A - POURQUOI MESURER DES QUANTITÉS DE MATIÈRE ?

 

A partir d'exemples pris dans la vie courante, montrer la nécessité de disposer de différentes techniques de mesure et sensibiliser au choix d'une technique en fonction d'un objectif.

 

B - GRANDEURS PHYSIQUES LIÉES AUX QUANTITÉS DE MATIÈRE

 

1. Masse, volume, pression

 

Grandeurs physiques liées aux quantités de matière solide ou liquide (masse, volume), et gazeuse (masse, volume, pression).

 

Volume molaire d'un gaz parfait à pression et température connues.

 

2 - Concentration ; solutions électrolytiques

 

Solide ionique.

Obtention d'une solution électrolytique par dissolution de solides ioniques, de liquides ou de gaz dans l'eau.

Caractère dipolaire d'une molécule (dipôle permanent) : exemples de la molécule de chlorure d'hydrogène et de la molécule d'eau ; corrélation avec la classification périodique des éléments.

Solvatation des ions ; interaction entre les ions dissous et les molécules d'eau. Cas particulier du proton.

Concentration molaire de soluté apporté, notée c, et concentration molaire effective des espèces dissoutes, notée [X].

 

3 - Applications au suivi d'une transformation chimique

 

Évolution d'un système au cours d'une transformation chimique : avancement, tableau descriptif de l'évolution et bilan de matière.

 

C - COMMENT DETERMINER DES QUANTITES DE MATIERE EN SOLUTION A L'AIDE D'UNE MESURE PHYSIQUE ? L'EXEMPLE DE LA CONDUCTIMETRIE

 

1. Conductance d'une solution ionique, G

 

Méthode de mesure de la conductance.

Grandeurs d'influence (température et état de surface des électrodes, surface des électrodes, distance entre elles, nature et concentration de la solution).

Courbe d'étalonnage G = f(c).

 

2. Conductivité d'une solution ionique, s

 

Définition à partir de la relatio

 G = s.S/L

Relation entre s et c.

 

3. Conductivité molaire ionique, li, et relation entre les conductivités molaires ioniques et la conductivité d'une solution

 

Utilisation d'un tableau des conductivités molaires ioniques des ions les plus courants.

Comparaison des conductivités molaires ioniques des ions H+(aq) et HO-(aq) à celles d'autres ions.

Limites de la méthode d'étalonnage.

 

D - COMMENT DÉTERMINER DES QUANTITÉS DE MATIÈRE EN SOLUTION A L'AIDE DE LA RÉACTION CHIMIQUE ?

 

1. Réactions acido-basiques

 

Exemples de réactions acido-basiques comme réactions impliquant des transferts de protons.

A partir de l'écriture de chacune des réactions, faire émerger la définition d'un acide et d'une base au sens de BrØnsted.

Quelques acides et bases usuels.

Couple acide/base.

Couples de l'eau :

H3O+/H2O ; H2O/HO-(aq).

L'eau est un ampholyte.

 

2. Réactions d'oxydoréduction

 

Exemples de réactions d'oxydoréduction comme réactions impliquant des transferts d'électrons.

A partir de l'écriture de chacune des réactions, faire émerger, dans des cas simples, la définition d'un oxydant et d'un réducteur.

Couple oxydant/réducteur.

Mise en évidence de la nécessité d'une méthode et d'un formalisme pour écrire l'équation d'une réaction d'oxydoréduction.

Utilisation du tableau périodique pour donner des exemples de réducteurs (les métaux) et d'oxydants parmi les non métaux (dihalogènes et dioxygène).

 

3. Dosages (ou titrages) direct

 

La réaction chimique comme outil de détermination des quantités de matière.

Utilisation d'un tableau décrivant l'évolution du système au cours du dosage.

Équivalence lors d'un dosage.

 

II - La chimie créatrice

(11 heures de cours ; 4 ou 5 TP)

 

A - LA CHIMIE ORGANIQUE : DE SA NAISSANCE À SON OMNIPRÉSENCE DANS LE QUOTIDIEN

 

1. Qu'est-ce que la chimie organique ?

 

Cerner le champ de la chimie organique.

Ressources naturelles : photosynthèse, synthèses biochimiques et hydrocarbures fossiles.

 

2. Le carbone élément de base de la chimie organique

 

Comment l'atome de carbone établit-il des liaisons avec d'autres atomes ?

 

3. Quelques dates dans l'histoire de la chimie organique

 

4. L'omniprésence de la chimie organique

 

 

B - APPRENDRE A LIRE UNE FORMULE CHIMIQUE

 

1. Introduction

 

Une molécule organique comporte un squelette carboné et, éventuellement, des groupes caractéristiques.

 

2. Le squelette carboné

 

a) La diversité des chaînes carbonées

- Chaîne linéaire, ramifiée ou cyclique saturée et insaturée.

Formule brute, formule semi développée plane, approche de l'écriture topologique, isomérie de constitution mise en évidence sur quelques exemples simples de l'isomérie Z et E.

- Influence de la chaîne carbonée sur les propriétés physiques : température d'ébullition, densité, solubilité (les exemples sont pris sur les chaînes saturées).

- Application à la distillation fractionnée.

 

b) La modification du squelette carboné.

Allonger, raccourcir, ramifier, cycliser, ou déshydrogéner à partir de quelques applications industrielles : chimie du pétrole, polyaddition des alcènes et des dérivés éthyléniques.

 

3. Les groupes caractéristiques : initiation à la réactivité

 

a) Reconnaître les familles de composés : amine, composé halogéné, alcool, aldéhyde, cétone, acide carboxylique.

 

b) Illustrer la réactivité des alcools : oxydation, déshydratation (élimination), passage aux composés halogénés (substitution).

 

c) Passage d'un groupe caractéristique à un autre : quelques exemples au laboratoire et dans l'industrie

 

III - L’énergie au quotidien : La cohésion de la matière et les aspects énergétiques de ses transformations

(4h de cours, 1 ou 2 TP)

 

1. La cohésion de la matière

 

La molécule : assemblage d'atomes; énergie de liaison d'une liaison AB, notée DAB.

Les assemblages de molécules : le solide et le liquide comparés au gaz (ordre de grandeur des distances entre les molécules ; de l'ordre au désordre) ; énergie de cohésion.

 

2. Les transformations de la matière : aspects énergétiques et effets thermiques associés

 

Transformations chimiques.

Changement d'état.

Utiliser les énergies de liaison pour estimer l'ordre de grandeur de l'énergie transférée au cours d'une réaction mettant en jeu des espèces chimiques à l'état gazeux.

 

3. Quelques applications au quotidien des effets thermiques

 

Transports et chauffage : enjeux et conséquences sur l'environnement.