Physique-Chimie cycle 4 / 5e - Livre du professeur - éd. 2017 2017025372, 9782017025375

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Mise en pages et schémas : Soft Office Couverture : Nicolas Piroux Édition : Alexandre Bertin

1,100 kg éq. CO2

www.hachette-education.com © Hachette Livre 2017, 58 rue Jean Bleuzen, 92178 Vanves Cedex ISBN 978-2-01-702537-5

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Avant-propos

Les manuels de Physique Chimie de cette collection proposent des ressources tant pédagogiques que didactiques ou scientifiques pour mettre en œuvre le programme de Physique Chimie du cycle 4. Elles ont toutes été conçues en lien étroit avec le socle commun de connaissances, de compétences et de culture. Les manuels sont découpés en modules. Chaque module correspond à un ou plusieurs attendus de fin de cycle du programme. Ce découpage permet au professeur d’organiser une progressivité sur les trois années du cycle, en favorisant une spiralisation propice aux apprentissages. L’évolution des pratiques pédagogiques a été notre préoccupation centrale lors de l’écriture de ces manuels. • Les activités proposées sont contextualisées et offrent une grande variété de démarches scientifiques qui peuvent être mises en œuvre : démarches expérimentales, historiques, documentaires, de modélisations, etc. • Les compétences mises en œuvre sont explicitées dans les activités et les exercices, avec indication du domaine du socle. • Les notions sont reprises et enrichies d’année en année tout au long du cycle dans une logique spiralaire. De plus, au travers des doubles démarches dans les activités, des coups de pouce et des exercices d’Accompagnement Personnalisé, les apprentissages peuvent être différenciés. Bien évidement, ces manuels permettent aux enseignants de mettre en œuvre une évaluation par compétences afin de personnaliser et de différencier davantage le parcours d’apprentissage des élèves. 

© Hachette Livre, Physique-Chimie 5e – Livre du professeur

Les EPI proposés dans les manuels peuvent aussi être utilisés comme des fils rouges pour proposer aux élèves des progressions différentes au travers des manuels. Ce livre du professeur propose : – le programme du cycle 4 traité dans chaque module ; – les rappels sur le programme du cycle 3 utile dans chaque module ; – les tableaux de progression, module par module, pour les attendus de fin de cycle ; – les grilles d’évaluation des attendus de fin de cycle ; – les réponses à toutes les questions des activités ; – les réponses à tous les exercices ; – les grilles d’évaluation détaillées des exercices de tâche complexe ; – des détails sur les enrichissements proposés dans le manuel numérique (animations, vidéos d’expériences, liens Internet). 

Les auteurs

3

Sommaire

THÈME 1

MODULE

Organisation et transformations de la matière

1 La constitution de la matière

Programme, progression et évaluation des attendus de fin de cycle����������������������������������������������������������6 Activités�������������������������������������������������������������������������������������������������������� 10

MODULE

5 Les interactions

Programme, progression et évaluation des attendus de fin de cycle������������������������������������������������������ 80 Activités�������������������������������������������������������������������������������������������������������� 83 Exercices����������������������������������������������������������������������������������������������������� 90 Grilles d’évaluation des tâches complexes����������������� 95

Exercices����������������������������������������������������������������������������������������������������� 23 Grilles d’évaluation des tâches complexes����������������� 29 MODULE

2 Les transformations chimiques

Programme, progression et évaluation des attendus de fin de cycle������������������������������������������������������ 30 Activités�������������������������������������������������������������������������������������������������������� 34 Exercices����������������������������������������������������������������������������������������������������� 40 Grilles d’évaluation des tâches complexes����������������� 46 MODULE

 ’organisation de la matière 3 L dans l’Univers

Programme, progression et évaluation des attendus de fin de cycle������������������������������������������������������ 50 Activités�������������������������������������������������������������������������������������������������������� 52 Exercices����������������������������������������������������������������������������������������������������� 59 Grilles d’évaluation des tâches complexes����������������� 63

THÈME 2

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MODULE

Mouvement et interactions

4 Les mouvements

Programme, progression et évaluation des attendus de fin de cycle������������������������������������������������������ 64 Activités�������������������������������������������������������������������������������������������������������� 66 Exercices����������������������������������������������������������������������������������������������������� 70 Grilles d’évaluation des tâches complexes����������������� 76

THÈME 3

MODULE

L’énergie et ses conversions

6 L’énergie

Programme, progression et évaluation des attendus de fin de cycle������������������������������������������������������ 98 Activités����������������������������������������������������������������������������������������������������� 100 Exercices�������������������������������������������������������������������������������������������������� 107 Grilles d’évaluation des tâches complexes�������������� 112 MODULE

7 Les circuits électriques

Programme, progression et évaluation des attendus de fin de cycle��������������������������������������������������� 114 Activités����������������������������������������������������������������������������������������������������� 117 Exercices�������������������������������������������������������������������������������������������������� 125 Grilles d’évaluation des tâches complexes�������������� 132

THÈME 4

MODULE

Des signaux pour observer et communiquer

 es signaux lumineux 8 L et les signaux sonores

Programme, progression et évaluation des attendus de fin de cycle��������������������������������������������������� 134 Activités����������������������������������������������������������������������������������������������������� 137 Exercices�������������������������������������������������������������������������������������������������� 142 Grilles d’évaluation des tâches complexes�������������� 147

5

MO DU LE

1

La constitution de la matière

Programme du cycle 4 Organisation et transformations de la matière Attendu de fin de cycle • Décrire la constitution et les états de la matière.

Connaissances et compétences associées Exemples de situations, d’activités et d’outils pour l’élève Décrire la constitution et les états de la matière Caractériser les différents états de la matière (solide, liquide et gaz). Proposer et mettre en œuvre un protocole expérimental pour étudier les propriétés des changements d’état. Caractériser les différents changements d’état d’un corps pur. Interpréter les changements d’état au niveau microscopique. Proposer et mettre en œuvre un protocole expérimental pour déterminer une masse volumique d’un liquide ou d’un solide. Exploiter des mesures de masse volumique pour différencier des espèces chimiques.

Dans la continuité du cycle 2 au cours duquel l’élève s’est initié aux différents états de la matière, ce thème a pour but de lui faire découvrir la nature microscopique de la matière et le passage de l’état physique aux constituants chimiques. Mise en œuvre d’expériences simples montrant la conservation de la masse (mais non conservation du volume) d’une substance lors d’un changement d’état. Si l’eau est le principal support expérimental – sans en exclure d’autres – pour l’étude des changements d’état, on pourra exploiter des données pour connaître l’état d’un corps dans un contexte fixé et exploiter la température de changement • Espèce chimique et mélange. d’état pour identifier des corps purs. • Notion de corps pur. L’étude expérimentale sera l’occasion de mettre l’accent sur les • Changements d’états de la matière. transferts d’énergie lors des changements d’état. • Conservation de la masse, variation du volume, température L’intérêt de la masse volumique est présenté pour mesurer un de changement d’état. volume ou une masse quand on connaît l’autre grandeur mais • Masse volumique : Relation m = ρ × V. aussi pour distinguer différents matériaux. Un travail avec les mathématiques sur les relations de proportionnalité et les grandeurs-quotients peut être proposé.

6

Thème 1

Ces études seront l’occasion d’aborder la dissolution de gaz dans l’eau au regard de problématiques liées à la santé et l’environnement. Ces études peuvent prendre appui ou illustrer les différentes méthodes de traitement des eaux (purification, désalinisation…).

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Concevoir et réaliser des expériences pour caractériser des mélanges. Estimer expérimentalement une valeur de solubilité dans l’eau. • Solubilité. • Miscibilité. • Composition de l’air.

Rappel du programme du cycle 3 Matière, mouvement, énergie, information Exemples de situations, d’activités et de ressources pour l’élève Décrire les états et la constitution de la matière à l’échelle macroscopique

Connaissances et compétences associées

Mettre en œuvre des observations et des expériences pour caractériser un échantillon de matière. • Diversité de la matière : métaux, minéraux, verres, plastiques, matière organique sous différentes formes… • L’état physique d’un échantillon de matière dépend de conditions externes, notamment de sa température. • Quelques propriétés de la matière solide ou liquide (par exemple : densité, solubilité, élasticité…). • La matière à grande échelle : Terre, planètes, Univers. • La masse est une grandeur physique qui caractérise un échantillon de matière.

Observer la diversité de la matière, à différentes échelles, dans la nature et dans la vie courante (matière inerte – naturelle ou fabriquée –, matière vivante). La distinction entre différents matériaux peut se faire à partir de leurs propriétés physiques (par exemple : densité, conductivité thermique ou électrique, magnétisme, solubilité dans l’eau, miscibilité avec l’eau…) ou de leurs caractéristiques (matériaux bruts, conditions de mise en forme, procédés…). L’utilisation de la loupe et du microscope permet l’observation de structures géométriques de cristaux naturels et de cellules. Des activités de séparation de constituants peuvent être conduites : décantation, filtration, évaporation.

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Identifier à partir de ressources documentaires les différents Observation qualitative d’effets à distance (aimants, électricité statique). constituants d’un mélange. Richesse et diversité des usages possibles de la matière : se Mettre en œuvre un protocole de séparation de constituants déplacer, se nourrir, construire, se vêtir, faire une œuvre d’art. d’un mélange. • Réaliser des mélanges peut provoquer des transformations Le domaine du tri et du recyclage des matériaux est un support de la matière (dissolution, réaction). d’activité à privilégier. • La matière qui nous entoure (à l’état solide, liquide ou gazeux), résultat d’un mélange de différents constituants. Les mélanges gazeux pourront être abordés à partir du cas de l’air. L’eau et les solutions aqueuses courantes (eau minérale, eau du robinet, boissons, mélanges issus de dissolution d’espèces solides ou gazeuses dans l’eau…) représentent un champ d’expérimentation très riche. Détachants, dissolvants, produits domestiques permettent d’aborder d’autres mélanges et d’introduire la notion de mélange de constituants pouvant conduire à une réaction (transformation chimique). Informer l’élève du danger de mélanger des produits domestiques sans s’informer.

Module 1

7

Progression curriculaire retenue dans les manuels Décrire la constitution et les états de la matière

Caractériser les différents états de la matière (solide, liquide et gaz). Proposer et mettre en œuvre un protocole expérimental pour étudier les propriétés des changements d’état. Caractériser les différents changements d’état d’un corps pur. Interpréter les changements d’état au niveau microscopique.

Caractériser les différents états de la matière (solide, liquide et gaz). Proposer et mettre en œuvre un protocole expérimental pour étudier les propriétés des changements d’état. Caractériser les différents changements d’état d’un corps pur. Interpréter les changements d’état au niveau microscopique. Proposer et mettre en œuvre un protocole expérimental pour déterminer une masse volumique d’un liquide ou d’un solide. Exploiter des mesures de masse volumique pour différencier des espèces chimiques.

Caractériser les différents états de la matière (solide, liquide et gaz). Proposer et mettre en œuvre un protocole expérimental pour étudier les propriétés des changements d’état. Caractériser les différents changements d’état d’un corps pur. Interpréter les changements d’état au niveau microscopique. Proposer et mettre en œuvre un protocole expérimental pour déterminer une masse volumique d’un liquide ou d’un solide. Exploiter des mesures de masse volumique pour différencier des espèces chimiques.

• Espèce chimique et mélange. • Notion de corps pur. • Changements d’états de la matière. • Conservation de la masse, variation du volume, température de changement d’état.

• Espèce chimique et mélange. • Notion de corps pur. • Changements d’états de la matière. • Conservation de la masse, variation du volume, température de changement d’état. • Masse volumique.

• Espèce chimique et mélange. • Notion de corps pur. • Changements d’états de la matière. • Conservation de la masse, variation du volume, température de changement d’état. • Masse volumique : Relation m = ρ × V.

Concevoir et réaliser des expériences pour Concevoir et réaliser des expériences pour caractériser des mélanges. caractériser des mélanges. Estimer expérimentalement une valeur de solubilité dans l’eau. • Solubilité. • Miscibilité. • Miscibilité. • Composition de l’air.

Concevoir et réaliser des expériences pour caractériser des mélanges. Estimer expérimentalement une valeur de solubilité dans l’eau. • Solubilité. • Miscibilité. • Composition de l’air.

Compléments pédagogiques

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Thème 1

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Dans les manuels de niveaux, nous avons fait le choix d’aborder les notions de masse volumique et de solubilité à partir de la 4e. Les calculs de masse ou de volume à partir de la masse volumique ou de la solubilité sont abordés en 3e. La relation de proportionnalité entre la masse et le volume d’une matière est en revanche abordée dès la classe de 5e. La composition de l’air est abordée en 4e. La description microscopique des états de la matière est abordée dès la 5e, puis réinvestie au cours des autres années du cycle. Les termes « molécule » et « atome » sont en revanche utilisés en 4e, lors de l’étude des réactions chimiques. Nous nous limitons en 5e au terme de « particule ».

Grille d’évaluation des attendus de fin de cycle Classe : ������������������������������������������������� Nom de l’élève : ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������ Attendu de fin de cycle : • Décrire la constitution et les états de la matière.

MI : maîtrise insuffisante MF : maîtrise fragile MS : maîtrise satisfaisante TBM : très bonne maîtrise

MI Les états de la matière. Les corps purs et les mélanges. Les états de la matière à l’échelle microscopique. Les changements d’état, la masse et le volume. Les changements d’état et la température. La masse et le volume. Les corps purs et les mélanges. La composition de l’air. La masse volumique.

MF

MS

Activités TBM 1, 2, 3 3, 8 4, 5, 6 6 7, 8 9, 10 1, 2, 5, 6 2, 3 4

La solubilité.

1, 5, 6

Les corps purs et les mélanges.

3, 4, 5

Les états de la matière à l’échelle microscopique.

1

Les changements d’état et la température.

1

La masse volumique.

2, 3

La solubilité.

4, 5

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Fichier modifiable disponible dans le manuel numérique.

Module 1

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AC TIV ITÉ

1 Comment préparer une semoule au chocolat ?

p. 13 du manuel

Commentaires sur la stratégie pédagogique proposée Cette activité peut être faite en activité diagnostique, car elle ne réinvestit que des notions de cycle 3. Cette activité n’est pas expérimentale mais il est bien sûr possible de présenter du matériel aux élèves : balance – verre doseur. 1 L’étape 1 du doc. 2 évoque la fusion du chocolat et l’étape 2, une ébullition. Dans le doc. 3, il s’agit aussi d’une

ébullition. 2 Le sucre se dissout dans l’eau. 3 Lors de la dissolution, il y a conservation de la masse : 515 + 12 = 527 g.



On obtient 527 grammes de lait sucré. 4 Pour chaque ingrédient solide, on doit :



• poser le récipient vide sur la balance ; • appuyer sur le bouton TARE pour ne pas tenir compte de la masse du récipient ; • verser la quantité désirée de solide en vérifiant la masse sur la balance. 5 Pour mesurer le volume de lait, on doit :



• prendre un verre doseur ; • verser le lait dans le verre doseur jusqu’à la graduation correspondant au volume désiré.

Un pas vers le bilan

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Thème 1

© Hachette Livre, Physique-Chimie 5e – Livre du professeur

La matière peut être à l’état solide, liquide ou gazeux.

AC TIV ITÉ

2 Pourquoi utiliser un liquide et non

un gaz dans les systèmes de freinage ?

p. 14 du manuel

Matériel • Deux seringues reliées par un tuyau souple. • Eau. Commentaires sur la stratégie pédagogique proposée Cette activité, à partir du principe de freinage d’un véhicule, permet de comprendre la compressibilité des gaz et la non compressibilité des liquides. Sur la photographie du manuel, l’eau a été colorée pour une meilleure visibilité. 1 Lors d’un freinage, il y a conversion d’énergie cinétique en énergie thermique.



L’énergie thermique échauffe le système de freinage. 2 Lorsqu’on appuie sur une pédale de frein, le liquide de frein est poussé jusqu’aux plaquettes. Les plaquettes



appuient alors sur le disque relié à la roue. S’il y a du gaz à la place du liquide, il devient impossible de freiner, car le gaz est compressible. 3 Lors d’une compression, le gaz peut se comprimer pour occuper moins de volume, alors que c’est impossible

pour le liquide. 4 Exemple de protocole :



• Remplir à moitié chaque seringue avec de l’eau. • Relier les deux seringues par un tuyau contenant aussi de l’eau. Le poussoir d’une des deux seringues modélise la pédale de frein. • Appuyer sur le poussoir de cette seringue. Le poussoir de la deuxième seringue modélise la plaquette de frein.



Observation : Lorsqu’on appuie sur la seringue, on observe que le poussoir de la deuxième seringue se déplace. 5 En remplaçant le liquide par de l’air dans les seringues, et en procédant à la même manipulation que précé-

demment, on observe que le poussoir de la deuxième seringue ne se déplace pas. La présence d’air dans le circuit rend donc le système de freinage inefficace. 6 Il est nécessaire dans les systèmes de freinage d’utiliser un liquide et pas un gaz, car un gaz, étant compressible,

ne peut transmettre totalement la poussée effectuée par la pédale aux plaquettes de frein.

Un pas vers le bilan

© Hachette Livre, Physique-Chimie 5e – Livre du professeur

Un liquide n’est pas compressible, alors qu’un gaz est compressible.

Module 1

11

AC TIV ITÉ

3 Comment produire de l’eau douce ?

p. 16 du manuel

Matériel • Une petite bassine d’une vingtaine de centimètres de diamètre. • Un pot de yaourt ou un petit bécher. • Du film plastique transparent pour envelopper les aliments. • Un petit galet. • Des tubes à essais et leur support. • Deux petites pipettes en plastique. • Un litre d’eau de mer (eau salée à 30 g/L de chlorure de sodium). • Un flacon de nitrate d’argent. Vidéos et animations en lien avec l’activité Une vidéo en accès libre présente le matériel aux élèves. La vidéo complète est disponible dans le manuel numérique du professeur. Si l’expérience n’est pas réalisée en classe, cette vidéo permet à l’élève de poursuivre l’activité. L’expérience a duré environ une journée. On recueille suffisamment d’eau douce pour que plusieurs groupes d’élèves puissent réaliser les tests. Commentaires sur la stratégie pédagogique proposée Cette activité permet aux élèves de prendre conscience du problème de l’eau potable, à laquelle certaines populations n’ont pas accès. 1 L’eau de mer contient principalement de l’eau, mais aussi des ions chlorure et des ions sodium. 2 Avantage : Le dessalement de l’eau de mer permet de produire de l’eau douce.



Inconvénient : Après dessalement, l’eau de mer restante est très salée ; on parle de saumure. Cette saumure est rejetée dans les océans et cela perturbe la faune et la flore. 3 Une vidéo montre la fabrication du dispositif de dessalement. Il faut entre 24 heures et 48 heures pour obtenir

suffisamment d’eau douce. 4 Le nitrate d’argent permet de mettre en évidence la présence d’ions chlorure. Si, lorsqu’on introduit du nitrate

d’argent dans l’eau, la solution reste incolore, alors la solution ne contient plus d’ion chlorure (ni d’ion sodium) : c’est de l’eau douce. Si l’eau est salée, il y aura apparition d’un précipité blanc qui noircit à la lumière. Observation : Avec l’eau obtenue, le nitrate d’argent ne forme pas de précipité. Conclusion : L’eau obtenue n’est pas salée.



5 Le dessalement de l’eau de mer permet de produire de l’eau douce. Sous l’action du Soleil, seule l’eau s’évapore.

Un pas vers le bilan L’eau de mer est un mélange contenant des espèces chimiques dissoutes, notamment des ions chlorure et des ions sodium. Il est possible par évaporation de séparer les constituants d’un mélange pour obtenir de l’eau qui est un corps pur.

12

Thème 1

© Hachette Livre, Physique-Chimie 5e – Livre du professeur

Il reste au fond du récipient une saumure très salée.

AC TIV ITÉ

4 Pourquoi les parfums se dispersent-ils dans l’air ?

p. 17 du manuel

Vidéos et animations en lien avec l’activité Une animation présente, d’un point de vue microscopique, la dispersion d’un gaz dans l’air aux élèves. Une vidéo en accès libre présente le matériel aux élèves. La vidéo complète est disponible dans le manuel numérique du professeur. Si l’expérience n’est pas réalisée en classe, cette vidéo permet à l’élève de poursuivre l’activité. Une animation dans le manuel numérique du professeur présente les modélisations microscopiques des trois états de la matière. Commentaires sur la stratégie pédagogique proposée Cette activité met en évidence la dispersion des gaz et présente une modélisation microscopique des gaz et des liquides. 1 Le doc. 1 décrit des particules indéformables, toutes identiques pour un corps pur, mais différentes d’un corps

pur à un autre. 2 Un gaz est compressible, car ses particules sont espacées les unes des autres. Donc, si un liquide est incom-



pressible, les particules qui le composent ne sont pas espacées les unes des autres. Le schéma suivant peut être proposé :

3 Le schéma ci-dessous illustre la modélisation d’un solide.



Un solide possède une forme propre, on peut faire l’hypothèse que c’est un solide, car les particules qui le constituent sont liées entre elles. 4 Les parfums se dispersent dans l’air, car ils sont sous forme gazeuse. De ce fait, les particules de parfum sont

animées de mouvements et se déplacent dans toutes les directions.

Un pas vers le bilan On peut résumer les caractéristiques d’un solide, d’un liquide et d’un gaz par le tableau suivant.

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Solide

Liquide

Gaz

Représentation microscopique

Caractéristiques

• A une forme propre. • Ne se disperse par dans l’air.

• N’a pas de forme propre. • N’a pas de forme propre. • Ne se disperse pas dans l’air. • Se disperse dans l’air.

Module 1

13

AC TIV ITÉ

5 Pourquoi un soufflé gonfle-t-il à la cuisson ?

p. 18 du manuel

Commentaires sur la stratégie pédagogique proposée Le soufflé, plat spectaculaire, permet à l’élève de comprendre les différences entre l’état gazeux et l’état liquide par leur interprétation moléculaire. 1 L’eau liquide change d’état lors de la cuisson. Elle passe à l’état gazeux. Elle est alors appelée vapeur d’eau. 2 Les trois états physiques de l’eau sont représentés par les trois schémas suivants.

Solide

Liquide

Gaz

3 Lorsque l’eau est à l’état liquide, les particules qui la composent sont très proches les unes des autres. Mais

lorsque l’eau passe à l’état de gaz, les particules s’espacent et se déplacent les unes par rapport aux autres. Elles occupent donc un plus grand volume. Comme elles sont piégées à l’intérieur de la pâte, cela entraîne le gonflement de la pâte du soufflé. 4 Dès la sortie du four, le soufflé refroidit. S’il refroidit trop, l’eau passe de l’état gazeux à l’état liquide. Les parti-

cules qui constituent l’eau se rapprochent les unes des autres. Le volume qu’elles occupent diminue et la pâte du soufflé s’affaisse.

Un pas vers le bilan

14

Thème 1

Liquide

Gaz

• Les particules sont proches les unes des autres. • Les particules peuvent se déplacer les unes par rapport aux autres.

• Les particules sont éloignées les unes des autres. • Les particules se déplacent dans tout l’espace possible.

© Hachette Livre, Physique-Chimie 5e – Livre du professeur

Un tableau, par exemple, peut résumer les différences entre l’état liquide et l’état gazeux.

AC TIV ITÉ

6 Pourquoi doit-on maintenir une piscine à l’abri du gel ?

p. 19 du manuel

Vidéos et animations en lien avec l’activité Une animation présente la modélisation de l’eau à l’état liquide et à l’état solide. Commentaires sur la stratégie pédagogique proposée Deux démarches sont proposées autour de cette activité : • Une démarche expérimentale qui permet d’atteindre le bilan à partir de la réalisation d’un protocole expérimental. • Une démarche de modélisation qui permet d’atteindre le bilan à partir de réflexions sur le modèle microscopique.

Démarche expérimentale Matériel • Eau. • Balance. • Éprouvette graduée de 250 mL par exemple. • Congélateur. Compléments en lien avec l’activité Pour la démarche expérimentale, si l’on ne dispose pas de congélateur, il est possible de réaliser un mélange réfrigérant. • Piler des glaçons dans un linge avec un marteau. • Dans un récipient assez haut, mettre une couche de glace pilée. Puis mettre une couche de sel de cuisine, une couche de glace pilée, une couche de sel de cuisine puis terminer par une couche de glace pilée. • Remplir à moitié volume, l’éprouvette graduée. • Enfoncer rapidement l’éprouvette à moitié remplie d’eau dans le mélange réfrigérant. Il peut être plus simple de placer l’éprouvette remplie d’eau en premier dans le récipient et ensuite de réaliser le mélange réfrigérant autour d’elle. 1 Le texte affirme que, lorsque l’eau se solidifie, sa masse et son volume augmentent. 2 Exemple de protocole expérimental



• Introduire un volume d’eau dans l’éprouvette graduée en évitant de la remplir entièrement. Par exemple, introduire 100 mL d’eau dans une éprouvette de 250 mL. • Mesurer la masse de l’éprouvette et de l’eau. • Placer l’éprouvette au congélateur et attendre que l’eau se solidifie. • Une fois l’eau solidifiée, mesurer le volume d’eau et la masse de l’éprouvette et de l’eau.



Exemples de résultats Masse initiale : 238 g

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Volume initial : 152 mL



Masse finale: 238 g Volume final : 168 mL

On observe que le volume de l’eau a augmenté dans l’éprouvette et que la masse est la même. 3 La première partie de la phrase en italique est correcte : en effet, quand l’eau gèle, son volume augmente : elle



prend plus de place. Par contre, la deuxième partie de la phrase est fausse, l’eau ne pèse pas plus lourd, sa masse reste la même. 4 Il faut maintenir une piscine à l’abri du gel, car, si le volume de l’eau augmente, les parois du bassin peuvent se

déformer et s’abîmer.

Module 1

15

Démarche de modélisation a À l’état liquide, les particules d’eau sont proches les unes des autres.



À l’état solide, les particules sont proches les unes des autres et sont rangées. b Il y a le même nombre de particules d’eau à l’état liquide et à l’état solide, donc la masse reste la même lors

d’un changement d’état. Le volume est modifié lors d’un changement d’état. Le volume d’une masse d’eau à l’état solide est plus important que le volume de la même masse d’eau à l’état liquide.



c La première partie de la phrase en italique est correcte : en effet quand l’eau gèle son volume augmente : elle

prend plus de place. Par contre la deuxième partie de la phrase est fausse, l’eau ne pèse pas plus lourd, sa masse reste la même. d Il faut maintenir une piscine à l’abri du gel, car si le volume de l’eau augmente, les parois du bassin peuvent se

déformer et s’abîmer.

Un pas vers le bilan

16

Thème 1

© Hachette Livre, Physique-Chimie 5e – Livre du professeur

Lors d’un changement d’état d’un corps, son volume est modifié ; par contre, sa masse n’est pas modifiée.

AC TIV ITÉ

7 Pourquoi utiliser un bain-marie

ou de la glace fondante en cuisine ?

p. 20 du manuel

Commentaires sur la stratégie pédagogique proposée Deux démarches expérimentales sont proposées autour de cette activité. • Une démarche expérimentale A qui amène les élèves à proposer un protocole autour de l’ébullition. Remarque : Nous verrons au module 6 qu’augmenter la puissance du chauffage permet seulement d’atteindre l’ébullition plus rapidement. • Une démarche expérimentale B au cours de laquelle les élèves mettront en œuvre un protocole autour de la fusion et de la solidification.

Démarche expérimentale A Matériel • Dispositif de chauffage. • Bécher en pyrex. • Thermomètre. • Eau.

1 Exemple de protocole :



• Introduire de l’eau dans un bécher (environ jusqu’à la moitié du bécher). • Placer un thermomètre dans le bécher. • Placer le bécher sur un appareil de chauffage et démarrer le chauffage à puissance moyenne. • Observer la température de l’eau pendant le chauffage et plus particulièrement lorsque l’eau est en ébullition. • Augmenter alors la puissance du chauffage 2 La température de l’eau reste constante à 100 °C lors de l’ébullition. 3 La puissance du chauffage ne modifie pas la température d’ébullition de l’eau. 4 Le bain-marie permet de chauffer une préparation culinaire à une température constante.

Démarche expérimentale B

© Hachette Livre, Physique-Chimie 5e – Livre du professeur

Matériel • Bécher de 150 mL par exemple. • Tube à essais. • Thermomètre. • Eau. Compléments en lien avec l’activité Pour la démarche B, si l’on ne dispose pas de congélateur, il est possible de réaliser un mélange réfrigérant. • Piler des glaçons dans un linge avec un marteau. • Dans un récipient assez haut, mettre une couche de glace pilée, puis mettre une couche de sel de cuisine, une couche de glace pilée, une couche de sel de cuisine puis terminer par une couche de glace pilée. • Remplir d’eau le bécher à moitié volume environ. • Enfoncer rapidement le tube à essais dans le mélange réfrigérant. Il peut être plus simple de placer le bécher en premier dans le récipient et ensuite de réaliser le mélange réfrigérant autour de lui. Si l’on dispose d’un congélateur, on peut préparer un mélange réfrigérant constitué, par exemple, d’une solution d’eau salée à 23 %. Ce mélange reste liquide jusqu’à –23 °C. Il est alors possible de réaliser la solidification de l’eau en classe. On peut profiter du thermomètre pris dans le glaçon après la solidification de l’eau pour étudier la fusion de ce même glaçon. Module 1

17

a Après quelques minutes, on mesure une température très proche de 0 °C. Cette température reste constante. b Exemple de protocole :



• Verser de l’eau du robinet dans un tube à essais et mesurer sa température. • Placer le tube à essais dans un congélateur ou dans un mélange réfrigérant. • Mesurer la température de l’eau régulièrement, et notamment lorsque la solidification commence. c et d Exemples de résultats expérimentaux

Solidification de l’eau Température (en °C)

20

Liquide

15 10 5 0 –5

Solidification 50

100

150

200

250

300

Solide Temps (en s)

e Un mélange d’eau liquide et de glaçons permet de maintenir une température constante très proche de 0 °C.

Un pas vers le bilan

18

Thème 1

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Lors d’un changement d’état, la température de l’eau reste constante.

AC TIV ITÉ

8 Pourquoi saler les routes en hiver ?

p. 21 du manuel

Vidéos et animations en lien avec l’activité Une vidéo en accès libre présente une saleuse en action. Commentaires sur la stratégie pédagogique proposée Deux démarches sont proposées autour de cette activité. • Une démarche documentaire qui amène l’élève à analyser les représentations graphiques des doc. 1 et 2. • Une démarche expérimentale au cours de laquelle l’élève doit proposer puis mettre en œuvre un protocole afin de retrouver les représentations graphiques des doc. 1 et 2.

Démarche documentaire 1 Le doc. 1 présente la fusion de l’eau. La température de l’eau solide augmente régulièrement de –10 °C environ

jusqu’à 0 °C, puis la température reste constante (0 °C) pendant le changement d’état de solide à liquide (fusion). Ensuite, la température augmente de nouveau lorsque toute l’eau est liquide. Le doc. 2 présente la fusion de l’eau salée. La température de l’eau salée solide augmente régulièrement de –8 °C environ jusqu’à –6 °C, puis la température augmente moins rapidement jusqu’à –3 °C. Le changement d’état de solide à liquide (fusion) se fait entre –6 °C et –3 °C. Ensuite, la température augmente de nouveau à partir de –3 °C lorsque toute l’eau salée est liquide. 2 La température de fusion de l’eau est 0 °C.



La température de fusion de l’eau salée n’est pas constante. Elle est comprise entre –6 °C et –3 °C. 3 Le doc. 3 montre que la température de fusion de l’eau salée dépend de la quantité de sel dissous. Plus la

quantité de sel dissous est grande, plus la température de fin de fusion de l’eau salée est basse. 4 Saler les routes permet de diminuer la température de fusion de l’eau sur la route. L’eau ainsi salée restera

liquide et ne sera pas à l’état solide. Cela évite la formation de verglas.

Un pas vers le bilan

© Hachette Livre, Physique-Chimie 5e – Livre du professeur

L’eau est un corps pur. Sa température de fusion est constante. L’eau salée n’est pas un corps pur. C’est un mélange. Sa température de fusion n’est pas constante. En conclusion, si lors de la fusion d’un corps, sa température reste constante, alors c’est un corps pur ; sinon c’est un mélange.

Module 1

19

Démarche expérimentale Matériel • Bécher de 150 mL par exemple. • Thermomètre. • Tube à essais. • Eau. • Eau salée à 50 g/L de chlorure de sodium. • Congélateur. Compléments en lien avec l’activité Pour la démarche expérimentale, si l’on ne dispose pas de congélateur, il est possible de réaliser un mélange réfrigérant. • Piler des glaçons dans un linge avec un marteau. • Dans un récipient assez haut, mettre une couche de glace pilée, puis mettre une couche de sel de cuisine, une couche de glace pilée, une couche de sel de cuisine puis terminer par une couche de glace pilée. • Remplir d’eau le bécher à moitié volume environ. • Enfoncer rapidement le tube à essai dans le mélange réfrigérant. Il peut être plus simple de placer le bécher en premier dans le récipient et ensuite de réaliser le mélange réfrigérant autour de lui. Si l’on dispose d’un congélateur, on peut préparer un mélange réfrigérant constitué d’une solution d’eau salée à 23 %. Ce mélange reste liquide jusqu’à –23 °C. Il est alors possible de réaliser la solidification de l’eau ou de l’eau salée en classe, le thermomètre étant plongé dans celles-ci, puis d’étudier leur fusion.

a Exemple de protocole :



• Introduire de l’eau dans un tube à essais. • Disposer un thermomètre dans le tube à essais. • Placer le tube à essais dans un congélateur ou dans un mélange réfrigérant. • Lorsque l’eau du tube à essais s’est solidifiée, retirer ce dernier du congélateur ou du mélange réfrigérant. • Laisser le tube à essais à température ambiante et mesurer la température de l’eau toutes les 30 secondes par exemple. • Procéder ensuite de même avec l’eau salée.



b Exemple de résultats :



• Fusion de l’eau à 0 °C. • Fusion de l’eau salée entre –6 °C et –3 °C. c Saler les routes permet de diminuer la température de fusion de l’eau sur la route. L’eau ainsi salée restera

liquide et ne sera pas à l’état solide. Cela évite la formation de verglas.

Un pas vers le bilan

20

Thème 1

© Hachette Livre, Physique-Chimie 5e – Livre du professeur

L’eau est un corps pur. Sa température de fusion est constante. L’eau salée n’est pas un corps pur. Sa température de fusion n’est pas constante. En conclusion, si lors de la fusion d’un corps, sa température reste constante, alors c’est un corps pur sinon c’est un mélange.

AC TIV ITÉ

9 Pourquoi une noix de coco flotte-t-elle ?

p. 22 du manuel

Commentaires sur la stratégie pédagogique proposée Il n’est pas obligatoire d’avoir exactement les fruits ou légumes cités dans le manuel, mais ils doivent être choisis bien sûr de telle manière à ce que certains coulent et d’autres flottent. La partie prévision est très importante. Il faut que certains soient petits et coulent (grain de raisin ou de poivre par exemple) et que d’autres soient plus gros et flottent (pamplemousse par exemple), car c’est souvent une source de confusion. Compléments en lien avec l’activité Certaines pâtes à modeler, par exemple la marque Patarev, ont une masse volumique inférieure à celle de l’eau. Donc, quelle que soit sa forme, elle flottera. Il faut donc effectuer un test avant de proposer la pâte à modeler aux élèves.

1 Remarque : le tableau à compléter est disponible sur le manuel numérique. 2 Réaliser l’expérience et compléter la colonne Observation.

Fruit ou légume

Flotte ou coule Prévision

Observation

Noix

Flotte

Pamplemousse

Flotte

Carotte

Coule

Grain de raisin

Coule

Banane

Flotte

Poivron

Flotte

Lentille

Coule

Kiwi

Coule

Pomme de terre

Coule

Grain de poivre

Coule

Explication proposée

3 Les hypothèses peuvent être de plusieurs ordres :



• objet lourd et volume faible, donc coule ; • objet lourd et volume important, donc flotte. 4 La boule de pâte à modeler doit être en forme de bateau. Son volume doit être important.

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Un pas vers le bilan La masse d’un objet ne suffit pas pour prévoir s’il va flotter ou couler. Le volume de l’objet est à prendre en compte également. Un objet lourd de grand volume peut flotter, alors qu’un objet léger de petit volume peut couler.

Module 1

21

AC TIV ITÉ

10 Un client peut-il déposer un sac de terreau sur un tapis de caisse ?

p. 23 du manuel

Matériel • Éprouvette graduée de grand diamètre ou verre doseur. • Balance. • Terreau. Commentaires sur la stratégie pédagogique proposée Cette activité amène l’élève à formuler scientifiquement puis à résoudre un problème de la vie courante. Le résultat peut dépendre de la manière dont l’élève tassera le terreau dans l’éprouvette. Des résultats différents doivent amener les élèves à s’interroger sur la manière correcte de remplir l’éprouvette. Compléments en lien avec l’activité • Il est possible d’utiliser de la pouzzolane (roche volcanique) concassée à la place du terreau. Il faut seulement veiller à ce que la granulométrie de la pouzzolane ne soit pas trop importante. On trouve dans le commerce des sacs de 20 L dont les grains ont des diamètres compris entre 2 mm et 8 mm par exemple. • La proportionnalité entre la masse et le volume peut être illustrée à l’aide d’un tableau de proportionnalité. Les tableaux de proportionnalité ont été vus au cycle 3 en mathématiques. Extrait du B.O. du 26 novembre 2015 : « Reconnaître et résoudre des problèmes relevant de la proportionnalité en utilisant une procédure adaptée. Utiliser des exemples de tableaux de proportionnalité. »

1 La masse d’un sac de 10 L de terreau est-elle inférieure à 8 kg ? 2 Hypothèse de l’élève par exemple : On ne peut pas déposer le sac de terreau car 10 L de terreau ont sûrement

une masse supérieure à 8 kg. 3 Exemple de protocole :



Les balances de laboratoire ne permettent pas de mesurer des masses de 8 kg. Il va falloir mesurer des masses beaucoup plus faibles. Il faut une balance et une éprouvette graduée ou un verre doseur. • Mesurer la masse de l’éprouvette graduée ou du verre doseur. • Introduire 0,5 L de terreau dans l’éprouvette graduée ou le verre doseur. Éviter de le tasser. • Mesurer la masse de l’ensemble, éprouvette ou verre doseur et terreau. • Calculer la masse du terreau.



Un tableau de proportionnalité peut aider l’élève à répondre à la question.



Exemple de mesure avec un terreau du commerce : 0,5 L

1L

10 L

Masse du terreau

228 g

456

4560

10 L de terreau pèsent environ 4,5 kg. 4 Comme la masse de 10 L de terreau est inférieure à 8 kg, le sac peut être placé sur le tapis.

Un pas vers le bilan Le volume d’un matériau et sa masse sont proportionnels. Il est donc possible, à l’aide d’un tableau de proportionnalité, de connaître la masse d’un matériau connaissant son volume.

22

Thème 1

© Hachette Livre, Physique-Chimie 5e – Livre du professeur



Volume du terreau

EX ER CI CE S

Prendre un bon départ Les états de la matière QCM 1  c.

12  Caractériser l’état liquide L’huile dans le tuyau est liquide. Or un liquide n’a pas de forme propre. Il est donc possible à l’huile de se déplacer dans les tuyaux.

2  a. et b.

Les corps purs et les mélanges

3  a. 4  c. 5  c. 6  Caractériser un état physique • A une forme propre. Solide • • Occupe tout l’espace qui lui est Liquide • proposé Gazeux • • A un volume propre mais pas de forme propre 7  Décrire l’état gazeux Les gaz sont compressibles. Ils occupent tout le volume possible. Cette propriété permet au gaz compressé dans la bouteille d’hélium de gonfler les 30 ballons. 8  Identifier un état physique 1. Ligne 1 : c’est l’état solide, car le corps dans le 1er récipient ne prend pas la forme du récipient. Ligne 2 : c’est l’état liquide, car le corps a une surface libre plane et horizontale. 2. Ligne 1 à gauche : c’est l’état solide, car le corps dans le 1er récipient ne prend pas la forme du récipient. Pour les trois autres : état solide ou liquide, car on ne peut pas savoir si le corps a une forme propre ou non.

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9  Caractériser l’état gazeux L’air, comme les autres gaz, n’a pas de volume propre, mais occupe tout l’espace offert : il est compressible. Lorsqu’on court, les chocs sont amortis par les coussins d’air dont le volume diminue. Lorsque le pied est à nouveau en l’air, le volume des coussins revient à son volume initial. 10  Connaître les propriétés des états physiques Le liquide n’a pas de forme propre, alors que le solide a une forme propre. C’est pour cela que le glaçon (solide) ne se déforme pas alors que la forme de l’eau liquide, lorsqu’on la verse, est différente de celle qu’elle avait dans le pichet. 11  Utiliser des propriétés des états physiques Lorsqu’on prépare des glaçons, on verse de l’eau liquide dans les moules. L’eau liquide prend la forme du moule. En effet, elle n’a pas de forme propre. Lors de la solidification, l’eau change d’état et devient solide. Elle a une forme propre qui est celle du moule utilisé.

p. 26 à 29 du manuel

QCM 13  a. et c. 14  a. 15  Distinguer un corps pur d’un mélange Corps pur

Mélanges

Eau

Océan

Fer

Soda

Sucre

Mayonnaise

16  Caractériser un corps pur Cette eau minérale n’est pas pure, car elle contient de l’eau, mais aussi des éléments minéraux : c’est un mélange. La pureté de l’eau doit être comprise sur l’affiche dans le sens d’eau « non polluée ». 17  Caractériser un mélange On distingue les différents constituants de la vinaigrette sur la photographie. L’huile et le vinaigre ne sont donc pas miscibles. 18  Décrire un mélange L’appellation « bi-phase » signifie qu’il y a deux liquides distincts qui ne se mélangent pas. C’est pourquoi il faut agiter le flacon avant chaque utilisation, car les deux liquides ne sont pas miscibles.

Les états de la matière à l’échelle microscopique QCM 19  c. 20  a. et b. 21  Identifier un modèle a  : gaz, car les particules sont espacées. b  : solide, car les particules semblent fixes entre elles et le corps possède une forme propre. c  : liquide ou solide, car les particules sont proches les unes des autres. Module 1

23

EX ER CI CE S

23  Exploiter un modèle Le schéma modélisant la situation après plusieurs minutes est le schéma n°3, car, dans un gaz, les particules se déplacent dans tout l’espace possible. 24  Utiliser un modèle À gauche l’état physique peut être solide ou liquide, car les particules sont proches les unes des autres. À droite, l’état physique est gazeux, car les particules occupent tout l’espace possible.

Les changements d’état, la masse et le volume QCM 25  a. 26  c. 27  Prévoir le résultat d’une expérience Lors d’un changement d’état, la masse est conservée. Le liquide reste dans le bécher, donc la balance indique toujours 125 grammes. 28  Interpréter le résultat d’une expérience La masse de l’éprouvette et de l’eau à l’état liquide est égale à 90 grammes. La masse de l’éprouvette et de l’eau à l’état solide est égale à 90  grammes également. Le volume de l’eau à l’état liquide est inférieur au volume de l’eau à l’état solide. En conclusion, lors du passage de l’état liquide à l’état solide de l’eau, la masse est conservée ; par contre, le volume n’est pas conservé.

Les changements d’état et la température QCM 29  a. 30  b. 31  c. 32  Prévoir l’évolution d’une température La première expérience correspond à l’étude de la solidification de l’eau salée. Ce n’est pas un corps pur, donc sa température lors du changement d’état ne reste pas constante. La deuxième expérience correspond à l’étude de la solidification de l’eau pure, donc sa température lors du changement d’état reste constante et égale à 0 °C. 24

Thème 1

33  Interpréter une courbe de changement d’état La température d’un changement d’état d’un corps pur est constante. Cela se traduit par un palier horizontal sur la représentation graphique de l’évolution de la température en fonction du temps. Seule la courbe rouge présente un palier horizontal. Elle correspond au changement d’état d’un corps pur. La courbe bleue, qui ne présente pas de palier, correspond au changement d’état d’un mélange.

La masse et le volume QCM 34  a. 35  a. 36  Établir un lien entre la masse et le volume Le verre permet de mesurer des volumes. Si ce verre contient 85 g de sucre, alors il faut prélever deux verres de sucre pour obtenir 2 × 85 = 170 g de sucre. De même, si ce verre contient 50 g de farine, alors il faut prélever trois verres de farine pour obtenir 3 × 50 = 150 g de farine. Et si ce verre contient 50 g de sel de cuisine, alors il faut prélever dix verres de sel de cuisine pour obtenir 10 × 50 = 500 g de sel de cuisine. 37  Utiliser un lien entre la masse et le volume 1 m3 de pin a une masse supérieure à 1 m3 de platane. La masse et le volume sont deux grandeurs proportionnelles, donc la masse de 3 m3 de pin sera supérieure à la masse de 3 m3 de platane. Remarque : il est possible de répondre numériquement à cet exercice à l’aide d’un tableau de proportionnalité. Essence de bois

Masse en kg de 1 m3

Masse en kg de 3 m3

Platane

650

3 × 650 = 1950

Pin

740

3 × 740 = 2220

La masse de 3 m3 de pin est supérieure à la masse de 3 m3 de platane. © Hachette Livre, Physique-Chimie 5e – Livre du professeur

22  Décrire un modèle A Liquide ; B Gaz ; C Solide.

EX ER CI CE S

© Hachette Livre, Physique-Chimie 5e – Livre du professeur

Se perfectionner

p. 30 à 32 du manuel

38  Respirer et boire en plongée 1. Les gaz sont compressibles. Donc l’air est compressé (ou comprimé) dans la bouteille et occupe un faible volume. Par contre, lorsque le plongeur le respire, l’air qui est donc hors de la bouteille n’est plus compressé (ou comprimé) et occupe un volume beaucoup plus important. Le plongeur respire sous l’eau pendant quarante minutes soit 40 × 20 = 800 litres d’air. Ces 800 litres d’air non comprimé ont été comprimés de telle manière à ne plus occuper que 2 × 12 = 24 litres dans les bouteilles. 2. L’eau que boit le plongeur est liquide. Or les liquides ne sont pas compressibles donc il n’est pas possible de comprimer l’eau que boira le plongeur.

43  Cuisson des pâtes 1. La température de l’eau au fond de la casserole est supérieure à 80 °C lorsque les petites bulles se forment. 2. Le fond de la casserole est à une température supérieure à 80 °C. Les petites bulles peuvent correspondre à de la vapeur d’eau qui se forme lorsque l’eau liquide se vaporise au fond de la casserole. 3. L’ébullition de l’eau se produit à 100 °C, qu’elle soit à gros bouillon ou lorsqu’on a baissé le chauffage, car la température de changement d’état d’un corps pur est constante. 4. La température de l’eau reste constante et égale à 100 °C pendant l’ébullition. Les aliments ne cuisent donc pas plus vite.

39  Un dissolvant pour les ongles 1. Un dissolvant est une substance, liquide à sa température d’utilisation, qui a la propriété de dissoudre d’autres substances. 2. Le vernis est dissous dans le dissolvant. 3. L’acétone est un liquide qui peut provoquer un dessèchement de la peau ainsi que des gerçures. De plus, il est irritant pour les yeux (doc. 2). C’est pourquoi la publicité vante un dissolvant sans acétone qui sera moins dangereux pour les utilisateurs.

44  Transport du gaz 1. Le gaz a changé d’état physique pour devenir liquide. 2. Ce changement d’état est réalisé en refroidissant le gaz naturel : il se liquéfie alors. 3. Un liquide occupe un volume moins important qu’un gaz, à quantité égale. On peut donc transporter une quantité plus importante de gaz naturel en le liquéfiant.

40  Titan 1. Titan est composé d’eau gelée, donc la température à sa surface est inférieure à 0 °C. Elle est également composée de méthane liquide, donc la température est inférieure à –158 °C. La température de Titan est donc –179 °C. 2. Titan, comme Saturne, est beaucoup plus éloigné du Soleil que la Terre : sa température en surface est donc beaucoup plus faible.

45  Cuillère à sauce gras/maigre L’eau et la graisse ne sont pas miscibles, et la graisse est toujours au-dessus de l’eau. En pivotant la cuillère de la gauche vers la droite, seule la partie inférieure de la cuillère, donc l’eau et les constituants miscibles dans l’eau contenus dans la sauce, vont passer au-delà de la paroi de séparation et donc être versés. En pivotant la cuillère dans l’autre sens, c’est la graisse, placée au-dessus, qui va s’écouler.

41  Traînées de condensation 1. La vapeur d’eau émise par les moteurs de l’avion se transforme en liquide et en glace, laissant une traînée blanche visible dans le ciel (doc. 1). 2. D’après la représentation graphique, la température doit être inférieure à –40 °C, donc cela correspond à une altitude minimale un peu inférieure à 10 000 mètres. 42  Mouler des bougies Une vidéo en accès libre présente la fabrication artisanale des bougies. 1. La paraffine refroidit et se solidifie. 2. Lors d’un changement d’état, le volume peut être modifié. Lors de la solidification de la paraffine, le volume a dû diminuer. Cela explique l’apparition de la cavité.

46  Le monoxyde de carbone Un site internet et une vidéo en accès libre présentent les dangers du monoxyde de carbone ainsi que la démarche à suivre en cas d’intoxication. 1. L’air est composé de dioxygène et de diazote. C’est donc un mélange. 2. Dioxygène Diazote

Air

Module 1

25

EX ER CI CE S 3.

47  Simple syrup

Air et monoxyde de carbone

4. Les gaz se répartissent dans tout le volume disponible.

26

Thème 1

Traduction  : Le sirop simple est un ingrédient commun dans les recettes de boissons, qu’il s’agisse de préparer des cocktails ou du café glacé. Qu’est-ce que le sirop simple ? C’est juste du sucre et de l’eau bouillis ensemble ! Plus vous faites bouillir, plus le sirop sera épais lorsqu’il sera refroidi. 1. Le sucre se dissout dans l’eau. 2. L’eau qui bout change d’état. Une partie de l’eau va s’évaporer et donc la quantité de sucre par litre de sirop va augmenter. Le sirop sera plus épais.

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Dioxygène Diazote Monoxyde de carbone

EX ER CI CE S

Accompagnement personnalisé 48  À chacun son rythme – Test chimique Protocole expérimental : • Choisir un des trois flacons. • Prélever un peu de son contenu dans un tube à essais et réaliser le test avec le sulfate de cuivre anhydre. Si le sulfate anhydre reste blanc, alors le flacon contient de l’acétone. Si le sulfate de cuivre anhydre bleuit, alors le flacon contient de l’eau. Pour savoir si c‘est de l’eau sucrée ou non sucrée, prélever un peu du contenu du même flacon dans un deuxième tube à essais et réaliser le test à la liqueur de Fehling. Si la liqueur de Fehling rougit, alors le flacon contient de l’eau sucrée, sinon le flacon ne contient pas d’eau salée. Il contient donc de l’eau salée. 49  Découvrir du vocabulaire 1. La solidification est le passage de l’état liquide à l’état solide. 2. Point commun : l’état physique de fin est liquide pour les deux changements d’état. Différence : les états physiques initiaux ne sont pas les mêmes. 3. Solidification

Solidifier

Liquéfaction

Liquéfier

Sublimation

Sublimer

Fusion

Fondre

Condensation

Condenser

Vaporisation

Vaporiser

51  Rédiger une interprétation On constate que la masse n’a pas varié. Or, le corps est passé de l’état solide à l’état liquide, donc la masse est conservée lors d’un changement d’état. 52  Comprendre le vocabulaire Un solide ou un liquide est plus condensé qu’un gaz parce qu’à masse égale, c’est-à-dire à nombre de particules égal, un solide ou un liquide occupe un volume plus faible qu’un gaz. 53  Découvrir du vocabulaire 1. En combinant les racines « homo » et « gène », on comprend qu’on ne distingue pas différentes « formes » dans un mélange homogène. Il s’agit des mélanges vinaigre et sirop de menthe. 2. En combinant les racines « hétéro » et « gène », on comprend qu’on distingue « d’autres formes » dans un mélange hétérogène. Il s’agit des mélanges eau + huile, sable + eau, jus d’orange avec pulpe. 54  Pour aller plus loin Une vidéo en accès libre présente la production puis l’utilisation du bioéthanol en tant que carburant.

Trois exemples de phrases : Lorsque la température diminue, l’eau liquide peut se solidifier. L’eau chauffée dans la casserole se vaporise. Au printemps, la neige fond.

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p. 33 à 35 du manuel

50  Rédiger un compte rendu 1. Étape

Lettre correspondant à la description

1

C

2

A

3

B

2. a. « Si on pousse le piston d’une seringue bouchée et remplie d’air, alors le volume d’air diminue. » b. « Le volume d’air diminue, car l’air est compressible. »

1. Le sucre « passe » dans l’eau, car le sucre est une espèce soluble dans l’eau. 2. Plus il y aura de sucre dissous dans l’eau, plus la masse volumique sera grande. Donc la masse volumique du jus vert augmentera au cours de l’extraction. 3. La température d’ébullition de l’éthanol (78 °C) est inférieure à la température d’ébullition de l’eau (100 °C), donc l’éthanol se vaporisera avant l’eau. 4. Il est possible de récupérer l’éthanol liquide en le laissant refroidir au-dessous de sa température d’ébullition.

55  Analyser sa production 1. L’eau est à l’état liquide. 2. On cherche à montrer que le liquide sur la bouteille est de l’eau. Pour cela, on prélève un échantillon du liquide que l’on dépose sur du sulfate de cuivre anhydre. Si celui-ci devient bleu, alors le liquide contient de l’eau. 3. L’eau s’est liquéfiée. La température de l’eau à l’état gazeux dans l’air diminue au contact des parois froides. L’eau initialement sous forme de vapeur d’eau change d’état et devient liquide. Module 1

27

EX ER CI CE S

Une vidéo en accès libre illustre le fonctionnement des aérosols compressés • Corrigé de l’énoncé détaillé 1. a. Le doc. 1 affirme que les déodorants compressés contiennent deux fois moins de gaz que les déodorants classiques. b. Le doc. 1 affirme que les déodorants compressés contiennent autant de produit actif que les déodorants classiques. 2. Les gaz sont compressibles. 3. Les particules modélisées par les billes bleues sont plus resserrées dans un déodorant compressé que dans un déodorant classique, car elles occupent un plus petit volume. Il s’agit du gaz propulseur. 4. Un aérosol est composé d’un produit actif à l’état liquide et d’un gaz propulseur (doc. 2) Dans un déodorant compressé, les particules du gaz propulseur sont plus proches les unes des autres que dans un déodorant classique. Elles occupent donc un volume plus faible (doc. 3). Par contre la quantité de déodorant liquide est la même, quel que soit le type de déodorant (doc. 1). La compressibilité du gaz propulseur explique donc pourquoi un déodorant peut être compressé. Tâche complexe • Corrigé de l’énoncé compact Question posée : Comment fonctionne un aérosol compressé ?

1re étape : Bien comprendre la question posée 1. Que contient un aérosol ? 2. Pourquoi est-il compressé ? 3. Comment peut-il être compressé ? 2e étape : Lire et comprendre les documents 1. Un aérosol est composé d’un produit actif à l’état liquide et d’un gaz propulseur (doc. 2). Un aérosol compressé contient autant de produit actif qu’un aérosol classique (doc. 1). 2. Le gaz contenu dans l’aérosol est compressé pour occuper moins de volume (doc. 3). 3. Un aérosol est constitué notamment d’un gaz, qui est compressible. Les particules constituant ce gaz peuvent être plus ou moins espacées : le gaz occupe alors moins de volume dans le déodorant compressé que dans le déodorant non compressé (doc. 2 et 3).

28

Thème 1

3e étape : Dégager la problématique Utiliser les propriétés microscopiques de la matière pour expliquer le fonctionnement d’un aérosol compressé. 4e étape : Construire la réponse • Présenter un aérosol. • Comparer le déodorant classique et le déodorant compressé. • Exploiter les propriétés microscopiques des gaz pour expliquer comment un déodorant peut être compressé. 5e étape : Rédiger la réponse en trois paragraphes • Présenter le contexte et introduire la problématique. Les déodorants compressés utilisent jusqu’à deux fois moins de gaz mais contiennent autant d’actifs anti-transpirants que les déodorants classiques. Comment les propriétés microscopiques de la matière peuvent-elles expliquer le fonctionnement d’un aérosol compressé ? • Mettre en forme la réponse. Un aérosol est composé d’un produit actif à l’état liquide et d’un gaz propulseur (doc. 2). Dans un déodorant compressé les particules du gaz propulseur sont plus proches les unes des autres que dans un déodorant classique. Elles occupent donc un volume plus faible (doc. 3). Par contre la quantité de déodorant liquide est la même, quel que soit le type de déodorant (doc. 1). • Conclure et introduire, quand c’est possible, une part d’esprit critique. La compressibilité du gaz propulseur explique donc pourquoi un déodorant peut être compressé. Les déodorants compressés semblent plus écologiques que les déodorants classiques, car ils nécessitent moins de matières premières pour leur fabrication et moins de camions pour leur transport. Il serait intéressant de savoir si leur fabrication nécessite aussi moins d’énergie. Grille d’évaluation en fin de module.

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56  À chacun son rythme – Les déodorants compressés

CO M PL ÉM EN T Grille d’évaluation par compétence d’une tâche complexe 56 À chacun son rythme - Les déodorants compressés Classe : �������������������������� Nom de l’élève : ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� Domaines du socle

D1.1 Langue française à l’oral et à l’écrit

MI

Capacités attendues

MF MS TBM Compétences

Pratiquer des langages.

Lire et comprendre des documents.

Critères de réussite permettant ­d’attribuer le niveau de maîtrise « TBM » L’élève a su trouver les informations pertinentes lui permettant de répondre aux questions qu’il a posées dans la première étape. Par exemple : Le contenu d’un aérosol se compose du produit actif à l’état liquide et d’un gaz propulseur (doc. 2). Un aérosol compressé contient autant de produit actif qu’un aérosol classique (doc. 1). Le volume d’un aérosol compressé est plus faible que le volume d’un aérosol classique (doc. 3). Les particules constituant le gaz propulseur peuvent être plus ou moins espacées : le gaz occupe alors moins de volume (doc. 2 et 3).

Le problème est formulé en termes scientifiques. Identifier des questions Par exemple : de nature scientifique. Utiliser les propriétés microscopiques de la matière pour expliquer le fonctionnement d’un aérosol compressé. D4 Les systèmes naturels et les systèmes techniques

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D1.3 Langages mathématiques scientifiques et informatiques

D1.1 Langue française à l’oral et à l’écrit

Pratiquer des démarches scientifiques. Mettre en œuvre des démarches propres aux sciences.

Pratiquer des langages.

Passer d’une forme de langage scientifique à une autre.

Pratiquer des langages.

Utiliser la langue française en cultivant précision, richesse de vocabulaire et syntaxe pour rendre compte des observations, expériences, hypothèses et conclusions.

La stratégie est détaillée et correcte. L’élève doit revenir sur la problématique. Par exemple : • Présenter un aérosol. • Comparer le déodorant classique et le déodorant compressé. • Exploiter les propriétés microscopiques des gaz pour expliquer comment un déodorant peut être compressé. • Conclure en revenant sur la problématique. Les informations du document sont converties en informations scientifiques. Bonne compréhension des schémas.

La consigne est reformulée dans un langage scientifique. Les phrases sont concises ; il n’y a pas de paraphrase des documents ; les connecteurs logiques sont correctement employés. Le vocabulaire employé est adapté, rigoureux et scientifique. Les documents sont cités pour appuyer l’argumentaire.

Fichier modifiable disponible dans le manuel numérique.

Module 1

29

MO DU LE

2 0

Les transformations chimiques

Programme du cycle 4 Organisation et transformations de la matière Attendu de fin de cycle • Décrire et expliquer des transformations chimiques.

Connaissances et compétences associées Exemples de situations, d’activités et d’outils pour l’élève Décrire et expliquer des transformations chimiques Mettre en œuvre des tests caractéristiques d’espèces chimiques à partir d’une banque fournie. Identifier expérimentalement une transformation chimique. Distinguer transformation chimique et mélange, transformation chimique et transformation physique. Interpréter une transformation chimique comme une redistribution des atomes. Utiliser une équation de réaction chimique fournie pour décrire une transformation chimique observée. • Notions de molécules, atomes, ions. • Conservation de la masse lors d’une transformation chimique.

Cette partie prendra appui sur des activités expérimentales mettant en œuvre différent types de transformations chimiques : combustions, réactions acide-base, réactions acides-métaux. Utilisation du tableau périodique pour retrouver, à partir du nom de l’élément, le symbole et le numéro atomique et réciproquement.

Associer leurs symboles aux éléments à l’aide de la classification périodique. Interpréter une formule chimique en termes atomiques. • Dioxygène, dihydrogène, diazote, eau, dioxyde de carbone.

30

Thème 1

Ces différentes transformations chimiques peuvent servir de support pour introduire ou exploiter la notion de transformation chimique dans des contextes variés (vie quotidienne, vivant, industrie, santé, environnement). La pratique expérimentale et les exemples de transformations abordées sont l’occasion de travailler sur les problématiques liées à la sécurité et à l’environnement.

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Propriétés acidobasiques Identifier le caractère acide ou basique d’une solution par mesure de pH. Associer le caractère acide ou basique à la présence d’ions H+ et OH–. • Ions H+ et OH–. • Mesure du pH. • Réactions entre solutions acides et basiques. • Réactions entre solutions acides et métaux.

Rappel du programme du cycle 3 Matière, mouvement, énergie, information Exemples de situations, d’activités et de ressources pour l’élève Décrire les états et la constitution de la matière à l’échelle macroscopique

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Connaissances et compétences associées

Mettre en œuvre des observations et des expériences pour caractériser un échantillon de matière. • Diversité de la matière : métaux, minéraux, verres, plastiques, matière organique sous différentes formes… • L’état physique d’un échantillon de matière dépend de conditions externes, notamment de sa température. • Quelques propriétés de la matière solide ou liquide (par exemple : densité, solubilité, élasticité…). • La matière à grande échelle : Terre, planètes, univers. • La masse est une grandeur physique qui caractérise un échantillon de matière.

Observer la diversité de la matière, à différentes échelles, dans la nature et dans la vie courante (matière inerte –naturelle ou fabriquée –, matière vivante). La distinction entre différents matériaux peut se faire à partir de leurs propriétés physiques (par exemple : densité, conductivité thermique ou électrique, magnétisme, solubilité dans l’eau, miscibilité avec l’eau…) ou de leurs caractéristiques (matériaux bruts, conditions de mise en forme, procédés…) L’utilisation de la loupe et du microscope permet : l’observation de structures géométriques de cristaux naturels et de cellules. Des activités de séparation de constituants peuvent être conduites : décantation, filtration, évaporation. Observation qualitative d’effets à distances (aimants, électricité statique). Richesse et diversité des usages possibles de la matière : se déplacer, se nourrir, construire, se vêtir, faire une œuvre d’art.

Identifier à partir de ressources documentaires les différents constituants d’un mélange. Mettre en œuvre un protocole de séparation de constituants d’un mélange. • Réaliser des mélanges peut provoquer des transformations de la matière (dissolution, réaction). • La matière qui nous entoure (à l’état solide, liquide ou gazeux), résultat d’un mélange de différents constituants.

Le domaine du tri et du recyclage des matériaux est un support d’activité à privilégier. Les mélanges gazeux pourront être abordés à partir du cas de l’air. L’eau et les solutions aqueuses courantes (eau minérale, eau du robinet, boissons, mélanges issus de dissolution d’espèces solides ou gazeuses dans l’eau…) représentent un champ d’expérimentation très riche. Détachants, dissolvants, produits domestiques permettent d’aborder d’autres mélanges et d’introduire la notion de mélange de constituants pouvant conduire à une réaction (transformation chimique). Informer l’élève du danger de mélanger des produits domestiques sans s’informer.

Module 2

31

Progression curriculaire retenue dans les manuels Décrire et expliquer des transformations chimiques

Mettre en œuvre des tests caractéristiques d’espèces chimiques à partir d’une banque fournie. Identifier expérimentalement une transformation chimique. Distinguer transformation chimique et mélange, transformation chimique et transformation physique.

Mettre en œuvre des tests caractéristiques d’espèces chimiques à partir d’une banque fournie. Identifier expérimentalement une transformation chimique. Distinguer transformation chimique et mélange, transformation chimique et transformation physique.

Mettre en œuvre des tests caractéristiques d’espèces chimiques à partir d’une banque fournie. Identifier expérimentalement une transformation chimique. Distinguer transformation chimique et mélange, transformation chimique et transformation physique.

Interpréter une transformation chimique Interpréter une transformation chimique comme une redistribution des atomes. comme une redistribution des atomes.

Utiliser une équation de réaction chimique Utiliser une équation de réaction chimique Utiliser une équation de réaction chimique fournie pour décrire une transformation fournie pour décrire une transformation fournie pour décrire une transformation chimique observée1. chimique observée2. chimique observée2. • Notions de molécules, atomes.

• Notions de molécules, atomes, ions.

• Conservation de la masse lors d’une transformation chimique. Associer leurs symboles aux éléments aux éléments à l‘aide de la classification périodique. Interpréter une formule chimique en termes atomiques. • Dioxygène, dihydrogène, diazote, eau, dioxyde de carbone.

• Conservation de la masse lors d’une transformation chimique. Associer leurs symboles aux éléments aux éléments à l‘aide de la classification périodique. Interpréter une formule chimique en termes atomiques. • Dioxygène, dihydrogène, diazote, eau, dioxyde de carbone.

Identifier le caractère acide ou basique Identifier le caractère acide ou basique Identifier le caractère acide ou basique d’une solution par mesure de pH. d’une solution par mesure de pH. d’une solution par mesure de pH. Associer le caractère acide ou basique à la présence d’ions H+ et OH–. • Ions H+ et OH–. • Mesure du pH.

• Mesure du pH.

• Mesure du pH.

• Réactions entre solutions acides et • Réactions entre solutions acides et basiques. basiques. • Réactions entre solutions acides et métaux. 1

avec les noms des espèces chimiques

32

Thème 1

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2 avec les formules des espèces chimiques

Grille d’évaluation des attendus de fin de cycle Classe : ������������������������������������������������� Nom de l’élève : ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������ Attendu de fin de cycle : •Décrire et expliquer des transformations chimiques.

MI : maîtrise insuffisante MF : maîtrise fragile MS : maîtrise satisfaisante TBM : très bonne maîtrise

MI Définir une transformation chimique et physique.

MF

MS

Activités TBM 1, 5, 6

Définir les réactifs et produits d’une transformation chimique.

2, 3

Modéliser une réaction chimique.

2, 3

Propriétés acido-basiques : l’échelle de pH. Définir une transformation chimique et physique Définir les réactifs et produits d’une transformation chimique.

4, 5, 6 1, 3, 4, 6 2, 7

Modéliser une réaction chimique.

2, 3, 5, 6, 7

Interpréter une transformation chimique comme une redistribution des atomes.

2, 3, 5, 6, 7

Utiliser une équation de réaction chimique fournie pour décrire une transformation chimique observée.

3, 5, 6, 7

Notions de molécules, atomes. Conservation de la masse lors d’une transformation chimique.

2, 3, 5, 6, 7 3, 4

Propriétés acidobasiques : l’échelle de pH.

4

Réactions entre solutions acides et basiques.

4

Définir une transformation chimique et physique.

2, 4, 6

Définir les réactifs et produits d’une transformation chimique.

2, 4

Modéliser une réaction chimique.

2, 4

Interpréter une transformation chimique comme une redistribution des atomes.

2, 4

Utiliser une équation de réaction chimique fournie pour décrire une transformation chimique observée.

2, 4, 6

Notions de molécules, atomes, ions. Propriétés acidobasiques : l’échelle de pH. Associer le caractère acide ou basique à la présence d’ions H+ et OH–. Réactions entre solutions acides et basiques. Réactions entre solutions acides et métaux.

3, 4, 5, 6 1, 6 6 1, 6 5

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Fichier modifiable disponible dans le manuel numérique.

Mesures de sécurité Dans ce module, de nombreuses expériences utilisant du dioxygène sont réalisées. Il peut être utile de rappeler que des précautions d'usage sont à observer. Elles sont rassemblées dans le guide INRS téléchargeable à l'adresse suivante : http://www.inrs.fr/media.html?refINRS=ED%201506 L'évaluation des risques, pour chaque manipulation, doit être menée conformément à la règlementation en vigueur : – une ventilation des locaux doit être prévue, – les équipements de protection individuelle (EPI) – les bouteilles sous pression doivent être maintenues doivent être disponibles, attachées, sur un chariot prévu à cet effet, – l'étiquetage de danger est obligatoire, – les cartouches à gaz sont interdites dans les salles – l'emploi de faibles quantités de matière est d'enseignement, recommandé, – les bouteilles de dioxygène doivent être maintenues – avant de mélanger un combustible et un comburant, loin de toute source de chaleur ; en particulier, il est une vérification des conditions de stabilité du mélange interdit de favoriser une combustion en soufflant est indispensable, ­d irectement du dioxygène sur le combustible – une connaissance parfaite des températures d'auto-­ incandescent inflammation, des limites inférieures et supérieures –… d'explosivité, sont nécessaires, Module 2

33

AC TIV ITÉ

1 Qu’est-ce qui rend une encre sympathique  ?

p. 37 du manuel

Matériel • Jus de citron. • Bec électrique ou sèche-cheveux. • Stylo à encre effaçable (encre thermosensible). • Congélateur. 1 Protocole du doc. 1 :



• Récupérer le jus d’un citron. • Prélever un peu de jus à l’aide d’une plume et écrire un texte (ou faire un dessin) : ce dernier est invisible. • Chauffer la feuille à l’aide d’un bec électrique ou d’un sèche-cheveux : le texte (ou le dessin) devient visible. Protocole doc. 2 : • Écrire un texte (ou faire un dessin) sur deux feuilles distinctes. • Sur la première feuille, effacer le texte (ou le dessin) en frottant avec l’embout du stylo. • Sur la deuxième feuille, utiliser un sèche-cheveux pour effacer le texte (ou le dessin). • Placer ensuite les deux feuilles une minute dans un congélateur : le texte (ou le dessin) redevient visible sur les deux feuilles. Remarque : si des parties du message restent invisibles, replacer le texte au congélateur. On pourra expliquer aux élèves que le même phénomène de disparition de l’encre peut se produire lorsqu’un texte est passé dans une photocopieuse.



2 Thermosensible : sensible à la chaleur. 3 Si l’encre s’est évaporée, elle ne serait plus sur la feuille, donc elle ne pourrait pas réapparaître. 4 Le changement de couleur du jus de citron (doc. 1) ou de l’encre (doc. 2) peut être le signe d’une transformation

chimique 5 L’encre est sympathique, car son caractère thermosensible la décolore, ce qui permet d’écrire des messages

secrets.

Un pas vers le bilan Transformation physique : Lors d’une transformation physique, l’espèce reste la même avant et après la transformation. Transformation chimique : Lors d’une transformation chimique, les espèces ne sont pas les mêmes avant et après la transformation chimique.

Prolongement

34

Thème 1

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Un frottement dégage de l’énergie thermique. L’énergie thermique dégagée lors du frottement permet à l’espèce chimique de changer d’état.

AC TIV ITÉ

2 Les centrales à charbon contribuent-elles au réchauffement climatique ?

p. 38 et 39 du manuel

Matériel • Flacon + bouchon. • Bouteilles de gaz : dioxygène et diazote. • Fusain. • Allumette ou briquet. Vidéos et animations en lien avec l’activité • Centrale thermique (doc. 1) Une vidéo, en accès libre pour les élèves, présente le fonctionnement d’une centrale électrique thermique. Cette vidéo n’est pas indispensable à la poursuite de l’activité. • L’effet de serre (doc. 2) Une vidéo, en accès libre pour les élèves, présente en détail le principe de l’effet de serre sur Terre. Cette vidéo n’est pas indispensable à l’activité. 1 Le gaz rejeté est du dioxyde de carbone 2 Protocole expérimental :



• Remplir un flacon de diazote et y introduire un morceau de fusain dont une extrémité est incandescente. Observer. • Remplir un flacon de dioxygène et y introduire un morceau de fusain dont une extrémité est incandescente. Observer. • Une fois la combustion terminée, retirer le reste de fusain de carbone et introduire de l’eau de chaux dans le flacon. • Agiter légèrement le flacon et observer. • Conclure.

Observations : • Avec le diazote dans le flacon, la combustion s’arrête. • Avec le dioxygène dans le flacon, la combustion est plus vive. On observe ensuite que l’eau de chaux se trouble. Interprétations : • Le diazote empêche la combustion. Le dioxygène entretient la combustion. • Le trouble de l’eau de chaux montre la formation de dioxyde de carbone. 3 a. Les espèces chimiques nécessaires à la combustion sont du carbone et du dioxygène.



b. L’espèce chimique produite est du dioxyde de carbone.

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4 carbone + dioxygène → dioxyde de carbone 5 Les centrales à charbon contribuent au réchauffement climatique, car elles produisent du dioxyde de carbone

qui est un gaz à effet de serre (doc. 2).

Un pas vers le bilan Les espèces chimiques qui disparaissent sont appelées des réactifs. Les espèces chimiques qui apparaissent sont appelées des produits.

Module 2

35

AC TIV ITÉ

3 Pourquoi utiliser des extincteurs au dioxyde de carbone ?

p. 40 du manuel

Matériel • Bougie chauffe-plat. • Bécher. • Vinaigre blanc. • Bicarbonate de soude. Vidéos et animations en lien avec l’activité Extinction d’une bougie (doc. 2) Une vidéo en accès libre montre le matériel et le début de l’expérience (production de dioxyde de carbone issu de la transformation entre le vinaigre blanc et le bicarbonate de soude). La vidéo complète est disponible dans le manuel numérique du professeur. Elle montre l’arrêt de la combustion lorsque l’on verse le dioxyde de carbone sur la flamme et permet de poursuivre l’activité si l’expérience n’est pas réalisée en classe. 1 a. Les espèces chimiques qui réagissent lors de la transformation chimique (réactifs) sont l’acide acétique

et le bicarbonate de soude. b. Les espèces chimiques qui sont produites lors de la transformation chimique (produits) sont le dioxyde de carbone et l’acétate de sodium.



2 acide acétique + bicarbonate de soude → dioxyde de carbone + acétate de sodium 3 Quand

on rapproche le bécher de la flamme, le dioxyde de carbone produit lors de la transformation chimique descend vers la flamme. On constate que la flamme s’éteint. dioxyde de carbone a une densité supérieure à l’air, il va donc s’accumuler au ras du sol (doc. 4). Il privera ainsi la combustion du comburant (dioxygène de l’air). L’incendie s’arrêtera (doc. 1).

4 Le

Un pas vers le bilan

36

Thème 1

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Les espèces chimiques qui disparaissent sont appelées des réactifs. Les espèces chimiques qui apparaissent sont appelées des produits.

AC TIV ITÉ

4 Quelle conséquence l’utilisation

d’un savon peut-elle avoir sur la peau ?

p. 41 du manuel

Matériel Démarche expérimentale A : • Eau. • Gel douche. • Savon liquide (savon de Marseille). • Crème hydratante. • Jus de citron. • Bicarbonate de soude. • Papier indicateur de pH. Démarche expérimentale B : • Solution imitant le sébum (solution aqueuse dont le pH a une valeur voisine de 5,5) • Savon liquide (savon de Marseille) • Papier indicateur de pH. Commentaires sur la stratégie pédagogique proposée En fonction de ses objectifs pédagogiques, l’enseignant peut choisir une démarche ou une autre pour sa classe. Selon les besoins constatés, la double démarche proposée lors de cette activité pourra aussi être l’occasion de mettre en œuvre une pédagogie différenciée.



Démarche expérimentale A



1 Exemples de résultats

Substance

pH

eau

7,1

gel douche

5,8

savon

8,8

jus de citron

2,3

bicarbonate de soude

8,4

2 Le pH du jus de citron est inférieur à 7, donc la

solution est acide (doc. 3).

3 Le pH du bicarbonate de soude est supérieur

à 7 donc la solution est basique (doc. 3).

4 L’utilisation d’un savon peut modifier le pH du

sébum (doc. 1).

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Un pas vers le bilan Une solution est acide quand son pH est inférieur à 7. Une solution est neutre quand son pH est égal à 7. Une solution est basique quand son pH est supérieur à 7.



Démarche expérimentale B a. Exemple d’hypothèse : le pH d’une peau normale augmentera, car le savon a un pH égal à 9, et celui-ci est supérieur au pH d’une peau normale qui est égal à 6,5. b. Remarque : Une solution dont le pH a une valeur voisine de 5,5 peut imiter le sébum. Protocole expérimental : • Mesurer le pH de la solution imitant le sébum. • Mélanger du savon liquide dans la solution imitant le sébum. • Mesurer le pH de cette nouvelle solution. c. L’utilisation d’un savon peut modifier le pH du sébum (doc. 1).

Un pas vers le bilan Lors du mélange de deux solutions acide et basique, le pH du mélange sera différent du pH de chacune des deux solutions. Un changement de pH peut être le signe d’une transformation chimique.

Module 2

37

AC TIV ITÉ

5 Pourquoi doit-on protéger certaines

œuvres de la respiration des visiteurs ?

p. 42 du manuel

Matériel • Jus de chou rouge à préparer en avance : feuilles de chou rouge, eau, casserole, bec électrique, filtre (passoire fine type « chinois »). • Vinaigre blanc. • Jus de citron. • Bicarbonate de soude. • 3 tubes à essais. • Coupelle. • Agitateur en verre. • Papier indicateur de pH. 1 Exemple d’hypothèse : il faut protéger certaines œuvres de la respiration des visiteurs parce que le gaz

expiré peut réagir avec les pigments colorés de la peinture.



2 Protocole expérimental :

• Récupérer le jus de chou rouge suivant le protocole du doc 2 et en verser dans 3 tubes à essais. • Mesurer et noter le pH du vinaigre blanc, du jus du citron et du bicarbonate de soude. • Introduire un peu de chaque solution proposée dans les 3 tubes à essais contenant du jus de chou rouge. • Observer la couleur de chacun des mélanges.



Exemples de résultats : Réactif ajouté pH Couleur observée

Vinaigre blanc

Jus du citron

Bicarbonate de soude

2

3

8

rose

violet

bleu

3 a. La couleur se rapproche de celle du mélange du jus de chou rouge et de vinaigre blanc.



b. Lorsque le gaz expiré est dissous dans le jus de chou rouge, le mélange devient acide. Il y a une transformation chimique mise en évidence par le changement de couleur. 4 Le gaz expiré peut provoquer un changement de couleur d’une œuvre.

Un pas vers le bilan

38

Thème 1

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Les changements de couleurs peuvent être le signe de transformations chimiques.

AC TIV ITÉ

6 Quel rôle chaque ingrédient joue-t-il

dans la préparation d’une limonade ?

Matériel Démarche expérimentale A : 1 • Eau. • Jus de citron. • Sucre en poudre. • Bicarbonate de soude. • Spatule. • 3 béchers. 2 • Eau. • Bouteille d’eau. • Ballon de baudruche. • Eau de chaux. • Bécher.

p. 43 du manuel

Démarche expérimentale B : • Eau. • Jus de citron. • Sucre en poudre. • Bécher. • Cuillère. • Papier indicateur de pH.

Commentaires sur la stratégie pédagogique proposée En fonction de ses objectifs pédagogiques, l’enseignant pourra choisir une démarche ou une autre pour sa classe. Selon les besoins constatés, la double démarche proposée lors de cette activité pourra aussi être l’occasion de mettre en œuvre une pédagogie différenciée.



Démarche expérimentale A 1 Protocole expérimental :



• Dans trois béchers, introduire respectivement : de l’eau, du jus de citron, de l’eau sucrée. • Verser dans chaque bécher une demi-spatule de bicarbonate de soude. Observer. • Conclure. 2 Exemple d’hypothèse : Le gaz qui se dégage est

du dioxyde de carbone.



3 Protocole expérimental :

• Verser du jus de citron dans un erlenmeyer. • Introduire du bicarbonate de soude dans l’erlenmeyer. • Sur cuve à eau, récupérer le gaz dans un tube à essais (fiche 13). • Identifier le gaz récupéré en utilisant l’eau de chaux (fiche 12-3). • Conclure.

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4 Le pétillement observé est dû à une transforma-

tion chimique, car il se forme un gaz.



Démarche expérimentale B a. Exemple d’hypothèse : Le sucre ajouté rend la limonade moins acide. Protocole expérimental : • Verser de l’eau citronnée dans un bécher. • Mesurer et noter le pH de l’eau citronnée. • Ajouter et dissoudre du sucre dans le bécher d’eau citronnée. • Mesurer et noter le pH de l’eau citronnée sucrée. • Comparer les deux valeurs de pH mesurées. • Conclure en confrontant les mesures à l’hypothèse. b. Le sucre permet de masquer l’acidité du citron de la limonade. c. L’ajout du sucre est un mélange et non une transformation chimique, car le pH n’a pas évolué. Le sucre a été simplement dissous.

Un pas vers le bilan Un mélange ne conduit pas toujours à une transformation chimique.

5 Le bicarbonate de soude et le jus de citron sont

les réactifs de la transformation conduisant au pétillement. Le jus de citron donne aussi un goût acide à la limonade. Un pas vers le bilan Certains indices comme la formation d’un gaz peuvent être le signe d’une transformation chimique.

Module 2

39

EX ER CI CE S

Prendre un bon départ Les transformations chimiques QCM 1  a. et b. (la synthèse en chlorophylle diminue graduellement ; les anthocyanes, par exemple, apparaissent à la fin de l’été).

3  a. et c.

4  Classer des transformations Phénomène

Transform. chimique

De l’eau qui bout

Transform. physique x

Un caillou qui tombe x

Une allumette qui brûle

x

Un verre qui de brise

QCM 11  a. et b. 12  a.

x

13  a. et c. x

6  Identifier une espèce chimique 1. L’introduction d’un comprimé d’aspirine dans l’eau met en jeu une transformation chimique, car il y a formation d’un gaz. 2. Protocole : • Mettre de l’eau dans un erlenmeyer. • Introduire un comprimé d’aspirine dans l’erlenmeyer. • Sur une cuve à eau, récupérer le gaz dans un tube à essais (fiche 13). • Identifier le gaz récupéré à l’eau de chaux (fiche 12-3). • Conclure. 7  Identifier une transformation chimique 1. Le brunissement et la formation d’une espèce odorante qui diffuse son parfum dans la cuisine permettent d’affirmer qu’une transformation chimique a bien eu lieu. 2. Les réactifs sont l’eau et le sucre. Remarque : la caramélisation est un processus complexe qui débute par une hydrolyse du saccharose et s’achève par des réactions de polymérisation conduisant à des structures diverses. Thème 1

10  Une crème apaisante Acide salicylique + méthanol → salicylate de méthyle + eau

Les propriétés acidobasiques

5  Utiliser une banque de test 1. Du dioxyde de carbone est présent dans le gaz expiré. 2. La formation d’un précipité confirme qu’une transformation chimique a eu lieu.

40

9  Comprendre l’équation d’une réaction Les bonnes réponses sont : A L’oxyde d’aluminium est le produit de la transformation chimique. C Le dioxygène est un réactif.

x

Un bateau qui rouille

De la buée qui se forme

Autre

8  Interpréter un phénomène 1. Le changement de couleur permet d’affirmer qu’une transformation chimique a bien eu lieu. 2. Les réactifs sont le chlorure de cobalt et l’eau.

14  Repérer le caractère acide ou basique sur une échelle de pH solution neutre solution acide solution basique 0

7

pH 14

15  Identifier le caractère acide ou basique en fonction du pH La solution A est acide, car le pH est inférieur à 7. Les solutions B et C sont basiques, car le pH est supérieur à 7. 16  Caractériser l’acidité ou la basicité d’une solution La solution la plus acide est le soda (pH = 2,5). La solution la moins acide est l’eau minérale (pH = 7,5). 17  Interpréter un résultat expérimental La solution est basique : pH = 10. 18  Prévoir un résultat expérimental Le schéma qui correspond à l’expérience est le B , car c’est la seule solution dont le pH est inférieur à 7 (pH = 3,2).

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2  a. et c.

p. 46 et 47 du manuel

EX ER CI CE S

Se perfectionner 19  Blond platine ! 1. L’oxydation des pigments des cheveux est une transformation chimique, car il y a eu un changement de couleur. 2. Le « produit » est en fait un réactif de la transformation conduisant à la décoloration des cheveux. 20  Une chaufferette chimique 1. L’augmentation de température de la chaufferette, lorsqu’elle est sortie de son emballage, est le signe d’une transformation chimique. 2. La transformation chimique ne se produit pas lorsqu’elle est enfermée dans l’emballage plastique, alors qu’elle a lieu lorsqu’elle est au contact de l’air. 21  L’alcootest Une vidéo en accès libre pour les élèves montre le fonctionnement d’un éthylotest. 1. Le changement de couleur de l’éthylotest permet de dire qu’une transformation chimique a eu lieu. 2. Le dichromate de potassium et l’éthanol sont les réactifs. 3. Le produit est l’acide éthanoïque.

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22  L’eau oxygénée 1. a. La formation d’un gaz permet d’affirmer qu’une transformation chimique a eu lieu. b. Les produits formés sont le dioxygène et l’eau. 2. a. peroxyde d’hydrogène → dioxygène + eau b. On conserve l’eau oxygénée dans des bouteilles opaques, car la transformation est accélérée en présence de lumière. 23  Les bouteilles de gaz 1. La transformation physique que l’on fait subir au butane ou au propane pour le stocker et le transporter est une liquéfaction (passage de l’état gazeux à l’état liquide). 2. La transformation physique que subit le butane ou le propane, lorsque l’on ouvre le robinet, est une vaporisation (passage de l’état liquide à l’état gazeux). 3. Lorsqu’ils sont enflammés, le butane et le propane subissent une transformation chimique, car la flamme est le signe d’une transformation chimique. 24  Un œuf au vinaigre 1. La formation d’un gaz permet d’affirmer qu’une transformation chimique a eu lieu. 2. Les réactifs sont le vinaigre blanc et le carbonate de calcium. 3. Un produit formé est le dioxyde de carbone.

p. 48 à 51 du manuel

25  Écrire une équation de réaction linalol + anhydride acétique → acétate de linalyle + acide acétique 26  Spéléologie 1. La production de l’acétylène est une transformation chimique, car il y a formation d’une nouvelle espèce chimique. 2. Le risque est l’asphyxie par manque de dioxygène sous terre. 3. acétylène + dioxygène → dioxyde de carbone + eau 27  Incendie de cheminée 1. a. La suie est le réactif d’une transformation chimique lors de la combustion de la suie dans le conduit de cheminée. b. La suie est le produit d’une transformation chimique lors de la combustion du bois. 2. Il faut ramoner régulièrement la cheminée pour limiter le risque d’incendie de cheminée. 28  Éteindre un feu d’huile dans une casserole 1. a. L’eau coule au fond de la casserole, car sa masse volumique est supérieure à celle de l’huile. b. La projection de gouttelettes d’huile est due à la vaporisation de l’eau au fond de la casserole, donc à une transformation physique. c. La projection de gouttelettes d’huile pourrait propager l’incendie ou brûler une personne à proximité de la casserole. 2. Le fait de couvrir la casserole peut stopper l’incendie, car l’apport d’air (comburant) est limité. 29  Les destructeurs de rouille Une vidéo en accès libre pour les élèves montre un exemple de « destructeurs de rouille » 1. La formation d’une couche noire de phosphate de fer est le signe d’une transformation chimique. 2. Les réactifs sont la rouille et l’acide phosphorique. Les produits sont le phosphate de fer et l’eau. 3. La transformation associée au mot « produit » est une transformation chimique. La transformation associée au mot « séchage » est une transformation physique. Tâche complexe 30  Les hortensias Question posée : Comment faire pousser des hortensias bleus ?

1re étape : Bien comprendre la question posée 1. Qu’est-ce qu’un hortensia ? 2. De quelle autre couleur peut être un hortensia ? 3. Quelle particularité présente un hortensia bleu ? Module 2

41

EX ER CI CE S

3e étape : Dégager la problématique Déterminer si, pour faire pousser un hortensia bleu, le sol doit être acide ou basique. 4e étape : Construire la réponse • Identifier le pH du sol nécessaire pour faire pousser des hortensias bleus. • Identifier la nature acide ou basique de ce sol. • Déterminer le type de terre adapté pour faire pousser des hortensias bleus. 5e étape : Rédiger la réponse en trois paragraphes • Présenter le contexte et introduire la problématique. On nous demande de déterminer sur quel type de sol pousse un hortensia bleu. • Mettre en forme la réponse. Pour obtenir des fleurs d’hortensias bleues, il faut que le sol dans lequel pousse la plante ait un pH = 6, donc qu’il soit acide. • Conclure et introduire, quand c’est possible, une part d’esprit critique. Il faut donc choisir de la terre de bruyère ou un sol riche en humus. Grille d’évaluation en fin de module.

31  La perception du goût La phrase du texte qui permet d’affirmer qu’une transformation chimique se produit lors de la perception du goût acide est  : «  des protéines qui se transforment ». 32  Un rouge à lèvres magique 1. Il se produit une transformation chimique lorsqu’on applique le rouge à lèvres, car il y a un changement de couleur. 2. La grandeur qui peut remplacer l’expression « niveau d’alcalinité » est le pH. 33  The Black Snake Experiment Une vidéo en accès libre pour les élèves montre « le serpent noir ». Complément : cette expérience spectaculaire peut aussi être réalisée en classe par le professeur.

42

Thème 1

Il faut introduire du sucre en poudre dans un petit bécher de forme étroite, environ sur la moitié de la hauteur du bécher, recouvrir d’acide sulfurique concentré commercial, agiter avec une tige de verre et attendre quelques instants. En raison de la manipulation d’acide concentré, les précautions habituelles doivent être prises (blouse, gants, lunette, hotte ou aération convenable). Traduction : L’expérience du serpent noir. Quand du sucre est mélangé à de l’acide sulfurique, le sucre est transformé en carbone (carbonisation) et en eau (déshydratation). Une forte augmentation de température est constatée, qui vaporise une partie de l’eau (vaporisation). La transformation donne naissance à un « serpent noir » qui sort du bécher. 1. La carbonisation et la déshydratation sont des transformations chimiques. 2. L’expérience est appelée « l’expérience du serpent noir », car un cylindre noir sort du bécher comme un serpent noir sortirait de son panier. Tâche complexe 34  Entretenir sa piscine Question posée : Comment s’y prendre afin de corriger le pH de l’eau de la piscine ?

1re étape : Bien comprendre la question posée 1. De quelle piscine est-il question ? 2. Pourquoi veut-on corriger le pH de l’eau de la piscine ? 3. Quel est le pH de l’eau de cette piscine ? 4. Comment corriger le pH de l’eau d’une piscine ? 2e étape : Lire et comprendre les documents 1. C’est une piscine dont les dimensions sont données dans le doc.3. 2. On corrige le pH de l’eau d’une piscine si son pH n’est pas compris entre 7,2 et 7,6, car un écart peut avoir des conséquences indésirables (doc. 1). 3. Le pH de cette piscine est égal à 8,0 (doc. 1). 4. On peut utiliser des produits de traitement qui diminuent ou augmentent le pH (doc. 2). Il faut en introduire une certaine masse selon le volume de la piscine et la variation de pH souhaitée. 3e étape : Dégager la problématique Identifier le produit de traitement nécessaire et déterminer la masse de ce produit de traitement adéquat pour ajuster la valeur du pH de la piscine. 4e étape : Construire la réponse • Évaluer le pH de l’eau de la piscine. • Le comparer avec les normes de baignade. • En déduire quel produit de traitement il faut utiliser.

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2e étape : Lire et comprendre les documents 1. Un hortensia est une fleur (doc.). 2. Un hortensia peut être rose (photographie). 3. Un hortensia est bleu sur des sols dont le pH = 6 (photographie).

EX ER CI CE S

Se perfectionner

• Calculer le volume de la piscine. • Calculer la masse de produit de traitement à introduire dans l’eau de la piscine pour corriger la valeur de son pH. 5e étape : Rédiger la réponse en trois paragraphes • Présenter le contexte et introduire la problématique. Pour que l’eau d’une piscine respecte les normes de baignade, son pH doit être compris entre 7,2 et 7,6. Si le pH s’écarte des normes, on peut utiliser un produit de traitement qui diminue ou augmente sa valeur. On nous demande d’identifier le produit de traitement nécessaire et de déterminer la masse de ce produit de traitement à introduire dans l’eau de la piscine pour corriger la valeur de son pH. • Mettre en forme la réponse. Le test réalisé sur l’eau de la piscine permet d’évaluer le pH de l’eau à 8,0 (doc. 1). Le pH maximal de l’eau d’une piscine est égal à 7,6. Il faut donc abaisser le pH de l’eau en utilisant un produit de traitement réducteur de pH (doc. 2). L’écart entre les deux valeurs égal à 8,0 – 7,6 = 0,4. m3,

Pour un volume de 1 il faut introduire dans la piscine 10 g de « réducteur de pH » pour 0,1 unité de pH à corriger. Il faut donc, 4 × 10 = 40 g de « réducteur de pH » pour un volume d’eau de 1m3 (doc. 2).

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Le volume de la piscine est donné par la relation : V = longueur × largeur × hauteur. Ces dimensions sont exprimées en centimètres (doc. 3), il faut les convertir en mètre pour obtenir un volume en m3 : – longueur = 500 cm = 5 m – largeur = 400 cm = 4 m – hauteur = 150 cm = 1,5 m Donc V = 5 × 4 × 1,5 = 30 m3.

Il faut donc une masse de produit : m = 30 × 40 = 1 200 g = 1,2 kg. • Conclure et introduire, quand c’est possible, une part d’esprit critique. Pour réduire le pH de 0,4 unité dans une piscine de 30 m3, il faut introduire une masse de 1,2 kg de produit réducteur de pH. Grille d’évaluation en fin de module.

35  Le lac Kivu 1. La libération du dioxyde de carbone a eu lieu lorsque le pH du lac a diminué. 2. La libération massive de dioxyde de carbone serait une catastrophe humanitaire, car il y aurait localement trop de dioxyde de carbone dans l’air gênant la respiration. 36  Feu de sodium Une vidéo en accès libre pour les élèves montre les effets l’introduction de sodium dans l’eau liquide. 1. L’apparition d’un dégagement gazeux (voire des flammes ou des explosions) permet d’affirmer qu’une transformation chimique a eu lieu. 2. Lorsque la phénolphtaléine vire au rose, la solution devient basique. 3. La phénolphtaléine participe elle aussi à une transformation chimique car elle change de couleur.

Module 2

43

EX ER CI CE S

Accompagnement personnalisé

Tâche complexe • Corrigé de l’énoncé compact Question posée : Le lait testé par le technicien est-il frais ?

1re étape : Bien comprendre la question posée 1. Quel test permet de déterminer la fraîcheur d’un lait ? 2. Quelle grandeur le technicien a-t-il mesurée ? 2e étape : Lire et comprendre les documents 1. La mesure du degré Dornic permet d’évaluer la fraîcheur d’un lait (doc. 1). 2. Le technicien a trouvé une masse de 0,10 g d’acide lactique dans 50 mL de lait (énoncé). 3e étape : Dégager la problématique Calculer la valeur du degré Dornic du lait testé. 4e étape : Construire la réponse • Déterminer la masse d’acide lactique contenue dans un litre du lait testé (énoncé). • En déduire la valeur du degré Dornic du lait (doc. 1). • Comparer cette valeur avec la norme (doc. 1). 5e étape : Rédiger la réponse en trois paragraphes • Présenter le contexte et introduire la problématique. Un technicien de laboratoire veut évaluer la fraîcheur d’un lait de vache. Son analyse montre que ce lait contient 0,1 g d’acide lactique dans un échantillon de 50 mL. On demande de calculer la valeur du degré Dornic du lait testé et de la comparer à la norme. • Mettre en forme la réponse. Un échantillon de 50 mL de lait contient 0,1 g d’acide lactique. 44

Thème 1

Comme 1 L = 1 000 mL = 20 × 50 mL, on en déduit que 1 L de ce lait contient 0,1 × 20 = 2 g d’acide lactique. 1°D correspond à 0,1 g d’acide lactique par litre de lait, donc le lait contenant 2 g a un degré Dornic égal à 20°D. • Conclure et introduire, quand c’est possible, une part d’esprit critique. Un lait est considéré comme frais si son taux d’acide lactique est inférieur à 18°D. Or, 20°D > 18°D. Le lait n’est donc pas frais. On peut se demander si l’agriculteur aurait pu mesurer à la place le pH du lait (doc. 2) Grille d’évaluation en fin de module.

38  Rédiger un compte rendu 1. L’étape 1 correspond à la description C  : On dispose d’une bouteille remplie d’un gaz et d’un flacon d’eau de chaux. L’étape 2 correspond à la description A  : On plonge le tuyau dans le flacon puis on ouvre le robinet de la bouteille. L’étape 3 correspond à la description B  : L’eau de chaux est troublée. 2. On observe que l’eau de chaux se trouble. Or, on sait que l’eau de chaux se trouble en présence de dioxyde de carbone. Donc, on en déduit que la bouteille de gaz contient du dioxyde de carbone. 39  Utiliser le vocabulaire spécifique 1. Lors d’une transformation chimique, des réactifs sont transformés en produits. 2. Une solution est acide (respectivement basique) si son pH est inférieur (respectivement supérieur) à 7. 40  À chacun son rythme - Airbag • Corrigé de l’énoncé détaillé 1. Les verbes évoquant une transformation chimique sont : • L’azoture de sodium se décompose en sodium et diazote. • Le sodium réagit avec du nitrate de potassium pour donner de l’oxyde de potassium et du diazote. 2. Pour la première transformation, l’espèce chimique qui se transforme est l’azoture de sodium. 3. Pour la seconde transformation, les espèces chimiques qui se transforment sont le sodium et le nitrate de potassium. 4. Transformation 1 : Les produits sont le sodium et le diazote.

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37  À chacun son rythme – Fraîcheur d’un lait • Corrigé de l’énoncé détaillé 1. 1 degré Dornic (°D) correspond à 0,1 g d’acide lactique par litre de lait. 2. Le degré Dornic et la masse d’acide lactique sont des grandeurs proportionnelles. 3. Un échantillon de 50 mL de lait contient 0,1 g d’acide lactique. Comme 1 L = 1 000 mL = 20 × 50 mL, on en déduit que 1 L de ce lait contient 0,1 × 20 = 2 g d’acide lactique. 4. Pour être considéré comme frais, un lait doit avoir une acidité inférieure ou égale à 18°D. 5. 1°D correspond à 0,1 g d’acide lactique par litre de lait, donc 2 g d’acide lactique par litre de lait, cela correspond à 2 × 1 / 0,1 = 20°D. La limite étant à 18°D, ce lait n’est pas frais.

p. 52 et 53 du manuel

EX ER CI CE S Transformation 2 : Les produits sont l’oxyde de potassium, l’oxyde de sodium et le diazote. 5. a. azoture de sodium → sodium + diazote b. sodium + nitrate de potassium → oxyde de potassium + oxyde de sodium + diazote

41  Analyser sa production Une vidéo en accès libre pour les élèves montre le test de détection du sang sur un coton-tige. 1. a. Lors d’un test positif, on affirme qu’il se produit une transformation chimique, car il y a un changement de couleur. b. Les réactifs de cette transformation sont le sang, l’eau oxygénée et la phénolphtaléine. c. Si le test est positif, la couleur rose observée est due au changement de pH, conséquence de la réaction chimique entre le sang et l’eau oxygénée. 2. Si le test est négatif, il n’y a pas d’apparition de la coloration rose de la phénolphtaléine.

42  Pour aller plus loin Tâche complexe Plantation de betteraves Question posée : Un agriculteur veut planter des betteraves, mais le pH du sol est de 6,3. Comment va-t-il s’y prendre ? 1re étape : Bien comprendre la question posée 1. Quel est le pH d’un sol adapté à la culture des betteraves ? 2. Comment modifier le pH d’un sol ?

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2e étape : Lire et comprendre les documents 1. La betterave pousse mieux si le pH est compris entre 7,1 et 7,7 (doc.).

Accompagnement personnalisé

2. Les agriculteurs peuvent modifier le pH d’un sol en ajoutant (doc.) : • de la chaux si le sol est trop acide ; • de la tourbe s’il est trop basique. 3e étape : Dégager la problématique Choisir quel procédé utiliser pour ajuster la valeur du pH du sol et le rendre propice à la culture de la betterave. 4e étape : Construire la réponse • Comparer la valeur du pH du sol à celle d’un sol adapté à la culture de la betterave (doc.). • Déterminer s’il faut augmenter ou diminuer le pH. • Choisir l’un des procédés parmi ceux proposés (doc.) 5e étape : Rédiger la réponse en trois paragraphes • Présenter le contexte et introduire la problématique. Un agriculteur veut planter des betteraves, mais sur un sol dont le pH est de 6,3 (doc.). On demande de choisir quel procédé utiliser pour ajuster la valeur du pH du sol et le rendre propice à la culture de la betterave. • Mettre en forme la réponse. Pour un rendement maximum, le pH du sol adapté à la culture de la betterave est compris entre 7,1 et 7,7 (doc.). Le pH de son sol étant de 6,3, celui-ci est trop acide. • Conclure et introduire, quand c’est possible, une part d’esprit critique. Afin d’avoir un rendement maximum pour la culture de ses betteraves, l’agriculteur doit augmenter le pH du sol en ajoutant de la chaux à son sol (doc.). Grille d’évaluation en fin de module.

Module 2

45

CO M PL ÉM EN T Grille d’évaluation par compétence d’une tâche complexe 30 Les hortensias Classe : �������������������������� Nom de l’élève : ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� Domaines du socle

D1.1 Langue française à l’oral et à l’écrit

MI

Capacités attendues

MF MS TBM Compétences

Pratiquer des langages.

Lire et comprendre des documents.

Critères de réussite permettant ­d’attribuer le niveau de maîtrise « TBM » L’élève a su trouver les informations pertinentes lui permettant de répondre aux questions qu’il a posées dans la première étape. Par exemple : Un hortensia est une fleur (doc.). Un hortensia peut être rose (photo). Un hortensia est bleu sur des sols dont le pH = 6 (photo).

Le problème est formulé en termes scientiIdentifier des questions fiques. Par exemple : de nature scientifique. Pour faire pousser un hortensia bleu, le sol doit-il être acide ou basique ? D4 Les systèmes naturels et les systèmes techniques

D1.3 Langages mathématiques scientifiques et informatiques

D1.1 Langue française à l’oral et à l’écrit

Pratiquer des démarches scientifiques.

Pratiquer des langages.

Pratiquer des langages.

Mettre en œuvre des démarches propres aux sciences.

La stratégie est détaillée et correcte. L’élève doit discuter la valeur et revenir sur la problématique. Par exemple : • Identifier le pH du sol nécessaire pour faire pousser des hortensias bleus. • Identifier la nature acide ou basique de ce sol. • Déterminer le type de terre adapté pour faire pousser des hortensias bleus. • Conclure en revenant sur la problématique.

Les informations issues des documents sont Passer d’une forme interprétées correctement. de langage scientifique à une autre. Utiliser la langue française en cultivant précision, richesse de vocabulaire et syntaxe pour rendre compte des observations, expériences, hypothèses et conclusions.

La consigne est reformulée dans un langage scientifique. Les phrases sont concises ; il n’y a pas de paraphrase des documents ; les connecteurs logiques sont correctement employés. Le vocabulaire employé est adapté, rigoureux et scientifique. Les documents sont cités pour appuyer l’argumentaire.

46

Thème 1

© Hachette Livre, Physique-Chimie 5e – Livre du professeur

Fichier modifiable disponible dans le manuel numérique.

CO M PL ÉM EN T Grille d’évaluation par compétence d’une tâche complexe 34 Entretenir sa piscine Classe : �������������������������� Nom de l’élève : ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� Domaines du socle

D1.1 Langue française à l’oral et à l’écrit

MI

Capacités attendues

MF MS TBM Compétences

Pratiquer des langages.

Lire et comprendre des documents.

Critères de réussite permettant ­d’attribuer le niveau de maîtrise « TBM » L’élève a su trouver les informations pertinentes lui permettant de répondre aux questions qu’il a posées dans la première étape. Par exemple : C’est une piscine dont les dimensions sont données (doc. 3). On corrige le pH de l’eau d’une piscine si son pH n’est pas compris entre 7,2 et 7,6 car un écart peut avoir des conséquences indésirables (doc. 1). Le pH de cette piscine est égal à 8,0 (doc. 1).

Le problème est formulé en termes scientifiques. Par exemple : Identifier des questions Identifier le produit de traitement nécesde nature scientifique. saire et déterminer la masse de ce produit de traitement pour ajuster la valeur du pH de la piscine. D4 Les systèmes naturels et les systèmes techniques

© Hachette Livre, Physique-Chimie 5e – Livre du professeur

D1.3 Langages mathématiques scientifiques et informatiques

D1.1 Langue française à l’oral et à l’écrit

Pratiquer des démarches scientifiques. Mettre en œuvre des démarches propres aux sciences.

La stratégie est détaillée et correcte. Par exemple : • Évaluer le pH de l’eau de la piscine. • Le comparer avec les normes de baignade. • En déduire quel produit de traitement il faut utiliser. • Calculer le volume de la piscine. • Calculer la masse de produit de traitement à introduire dans l’eau de la piscine pour corriger la valeur de son pH. • Conclure en revenant sur la problématique.

Pratiquer des langages.

Les informations issues des documents sont Passer d’une forme interprétées correctement. de langage scientifique • Exploitation de la photographie du test à une autre. de pH. • Exploitation des dimension de la piscine.

Pratiquer des langages.

Utiliser la langue française en cultivant précision, richesse de vocabulaire et syntaxe pour rendre compte des observations, expériences, hypothèses et conclusions.

La consigne est reformulée dans un langage scientifique. Les phrases sont concises ; il n’y a pas de paraphrase des documents ; les connecteurs logiques sont correctement employés. Le vocabulaire employé est adapté, rigoureux et scientifique. Les documents sont cités pour appuyer l’argumentaire.

Fichier modifiable disponible dans le manuel numérique.

Module 2

47

CO M PL ÉM EN T Grille d’évaluation par compétence d’une tâche complexe 37 À chacun son rythme – Fraîcheur d’un lait Classe : �������������������������� Nom de l’élève : ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� Domaines du socle

D1.1 Langue française à l’oral et à l’écrit

D4 Les systèmes naturels et les systèmes techniques

D1.3 Langages mathématiques scientifiques et informatiques

D1.1 Langue française à l’oral et à l’écrit

MI

Capacités attendues

MF MS TBM Compétences

Pratiquer des langages.

Lire et comprendre des documents.

Critères de réussite permettant ­d’attribuer le niveau de maîtrise « TBM » L’élève a su trouver les informations pertinentes lui permettant de répondre aux questions qu’il a posées dans la première étape. Par exemple : La mesure du degré Dornic permet d’évaluer la fraîcheur d’un lait (doc. 1). Le technicien a trouvé une masse de 0,10 g d’acide lactique dans 50 mL de lait (énoncé).

Le problème est formulé en termes scientifiques. Identifier des questions Par exemple : de nature scientifique. Calculer la valeur du degré Dornic du lait testé et de la comparer à la norme. Pratiquer des démarches scientifiques.

Mettre en œuvre des démarches propres aux sciences.

La stratégie est détaillée et correcte. Par exemple : • Déterminer la masse d’acide lactique contenue dans un litre du lait testé (énoncé). • En déduire la valeur du degré Dornic du lait (doc. 1). • Comparer cette valeur avec la norme (doc. 1) • Conclure en revenant sur la problématique.

Pratiquer des langages.

Les informations issues des documents sont interprétées correctement. Passer d’une forme Les calculs sont justes, les unités sont de langage scientifique cohérentes. à une autre. • Lecture du tableau. • Utilisation de la proportionnalité entre le volume du lait et la masse d’acide.

Pratiquer des langages.

Utiliser la langue française en cultivant précision, richesse de vocabulaire et syntaxe pour rendre compte des observations, expériences, hypothèses et conclusions.

La consigne est reformulée dans un langage scientifique. Les phrases sont concises ; il n’y a pas de paraphrase des documents ; les connecteurs logiques sont correctement employés. Le vocabulaire employé est adapté, rigoureux et scientifique. Les documents sont cités pour appuyer l’argumentaire.

48

Thème 1

© Hachette Livre, Physique-Chimie 5e – Livre du professeur

Fichier modifiable disponible dans le manuel numérique.

CO M PL ÉM EN T Grille d’évaluation par compétence d’une tâche complexe 42 Pour aller plus loin – Plantation de betteraves Classe : �������������������������� Nom de l’élève : ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� Domaines du socle

D1.1 Langue française à l’oral et à l’écrit

MI

Capacités attendues

MF MS TBM Compétences

Pratiquer des langages.

Lire et comprendre des documents.

Critères de réussite permettant ­d’attribuer le niveau de maîtrise « TBM » L’élève a su trouver les informations pertinentes lui permettant de répondre aux questions qu’il a posées dans la première étape. Par exemple : La betterave pousse mieux si le pH est compris entre 7,1 et 7,7 (doc.). Les agriculteurs peuvent modifier le pH d’un sol en ajoutant de la chaux si le sol est trop acide ou bien de la tourbe s’il est trop basique (doc.).

Le problème est formulé en termes scientifiques. Identifier des questions Par exemple : de nature scientifique. Choisir quel procédé utiliser pour ajuster la valeur du pH du sol et le rendre propice à la culture de la betterave. D4 Les systèmes naturels et les systèmes techniques

D1.3 Langages mathématiques scientifiques et informatiques

© Hachette Livre, Physique-Chimie 5e – Livre du professeur

D1.1 Langue française à l’oral et à l’écrit

Pratiquer des démarches scientifiques. Mettre en œuvre des démarches propres aux sciences.

Pratiquer des langages.

Pratiquer des langages.

La stratégie est détaillée et correcte. L’élève doit revenir sur la problématique. Par exemple : • Comparer la valeur du pH du sol à celle d’un sol adapté à la culture de la betterave (doc.). • Déterminer s’il faut augmenter ou diminuer le pH (doc.). • Choisir l’un des procédés parmi ceux proposés (doc.). • Conclure en revenant sur la problématique.

Les informations issues des documents sont Passer d’une forme interprétées correctement. de langage scientifique à une autre. Utiliser la langue française en cultivant précision, richesse de vocabulaire et syntaxe pour rendre compte des observations, expériences, hypothèses et conclusions.

La consigne est reformulée dans un langage scientifique. Les phrases sont concises ; il n’y a pas de paraphrase des documents ; les connecteurs logiques sont correctement employés. Le vocabulaire employé est adapté, rigoureux et scientifique. Les documents sont cités pour appuyer l’argumentaire.

Fichier modifiable disponible dans le manuel numérique.

Module 2

49

MO DU LE

3

L’organisation de la matière dans l’Univers

Programme du cycle 4 Organisation et transformations de la matière Attendu de fin de cycle • Décrire l’organisation de la matière dans l’Univers.

Connaissances et compétences associées Exemples de situations, d’activités et d’outils pour l’élève Décrire l’organisation de la matière dans l'Univers Ce thème fait prendre conscience à l’élève que l’Univers a été Décrire la structure de l’Univers et du système solaire. Aborder les différentes unités de distance et savoir les convertir : différent dans le passé, qu’il évolue dans sa composition, ses du kilomètre à l’année-lumière. échelles et son organisation, que le système solaire et la Terre participent de cette évolution. • Galaxies, évolution de l’Univers, formation du système solaire, âges géologiques. L’élève réalise qu’il y a une continuité entre l'infiniment petit et • Ordres de grandeur des distances astronomiques. l’infiniment grand et que l’échelle humaine se situe entre ces deux extrêmes. Connaître et comprendre l’origine de la matière. Pour la formation de l’élève, c’est l’occasion de travailler sur Comprendre que la matière observable est partout de même des ressources en ligne et sur l’identification de sources d’innature et obéit aux mêmes lois. formations fiables. Cette thématique peut être aussi l’occasion d’une ouverture vers la recherche, les observatoires et la nature • La matière constituant la Terre et les étoiles. des travaux menés grâce aux satellites et aux sondes spatiales. • Les éléments sur Terre et dans l’Univers (hydrogène, hélium, éléments lourds : oxygène, carbone, fer, silicium…) • Constituants de l’atome, structure interne d’un noyau atomique (nucléons : protons, neutrons), électrons.

Rappel du programme du cycle 3 Matière, mouvement, énergie, information Connaissances et compétences associées Décrire les états et la constitution de la matière à l’échelle macroscopique Mettre en œuvre des observations et des expériences pour caractériser un échantillon de matière. • La matière à grande échelle : Terre, planètes, Univers.

Commentaires sur la stratégie pédagogique adoptée

50

Thème 1

© Hachette Livre, Physique-Chimie 5e – Livre du professeur

Les phases de la Lune ne sont pas explicitement citées dans le programme. En lien avec les exemples de situations proposés dans la colonne de droite, cela nous a cependant semblé un point d’entrée intéressant pour aborder la structure du Système solaire. En effet, l’observation des différentes phases de la Lune est une observation courante qui permet d’introduire les mouvements dans le Système solaire.

Progression curriculaire retenue dans les manuels Décrire l’organisation de la matière dans l'Univers

Décrire la structure du Décrire la structure de l’Univers et du Décrire la structure de l’Univers et du Système solaire. Système solaire. Système solaire. Aborder les différentes unités de distance Aborder les différentes unités de distance et savoir et savoir les convertir : du kilomètre à les convertir : du kilomètre à l’année-lumière. l’année-lumière. • Formation du Système • Galaxies, évolution de l’Univers, forma- • Galaxies, évolution de l’Univers, formation du solaire, âges géologiques. tion du Système solaire, âges géologiques. Système solaire, âges géologiques. • Ordres de grandeur des • Ordres de grandeur des distances • Ordres de grandeur des distances astronomiques. distances astronomiques. astronomiques. Connaître et comprendre l’origine de la matière. Comprendre que la matière observable est partout de même nature et obéit aux mêmes lois. • La matière constituant la Terre et les étoiles. • Les éléments sur Terre et dans l’Univers (hydrogène, hélium, éléments lourds : oxygène, carbone, fer, silicium…) • Constituants de l’atome, structure interne d’un noyau atomique (nucléons : protons, neutrons), électrons.

Grille d’évaluation des attendus de fin de cycle Classe : �������������������������������������������������� Nom de l’élève : ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� Attendu de fin de cycle : • Décrire l’organisation de la matière dans l’Univers.

MI : maîtrise insuffisante MF : maîtrise fragile MS : maîtrise satisfaisante TBM : très bonne maîtrise

MI

© Hachette Livre, Physique-Chimie 5e – Livre du professeur

Décrire la structure du Système solaire

MF

MS

Activités TBM 1, 2, 3, 4, 5

Connaître l’ordre de grandeur de distances astronomiques.

4, 5

Décrire la structure de l’Univers et du Système solaire.

1, 2, 4, 5,

Aborder les différentes unités de distance et savoir les convertir : du kilomètre à l’année-lumière.

3, 4, 5

Connaître et comprendre l’origine de la matière. Comprendre que la matière observable est partout de même nature et obéit aux mêmes lois. • La matière constituant la Terre et les étoiles. • Les éléments sur Terre et dans l’Univers (hydrogène, hélium, éléments lourds : oxygène, carbone, fer, silicium…) Constituants de l’atome, structure interne d’un noyau atomique (nucléons : protons, neutrons), électrons.

1, 2, 3, 4

Fichier modifiable disponible dans le manuel numérique.

Module 3

51

AC TIV ITÉ

1 Pourquoi fait-il jour plus longtemps en été qu’en hiver ?

p. 55 du manuel

Matériel • Une lampe pour modéliser le Soleil. • Une balle pour modéliser la Terre. • Une pique en bois ou autre plantée dans la balle pour modéliser son axe de rotation passant par les pôles Nord et Sud. Compléments Pour la modélisation du Soleil, il est plus simple d’utiliser des sources lumineuses sur pied afin que la lumière ait toujours la même direction durant l’expérience ; de même, pour modéliser la Terre, le plus simple est d’utiliser des balles de ping-pong. Cependant, plus le diamètre de la balle sera important, meilleure sera l’observation des zones éclairée et d’ombre. Vidéos et animations en lien avec l’activité • Le jour et la nuit sur Terre (doc. 1) Une vidéo en accès libre permet de comprendre l’alternance du jour et de la nuit ainsi que la durée d’un jour. • Les saisons sur Terre (doc. 2) Une vidéo en accès libre permet de comprendre la périodicité et l’existence des saisons. Remarque : les élèves peuvent avoir des difficultés pour comprendre que l’existence des saisons est liée au fait que l’axe de rotation de la Terre garde la même direction lors de sa révolution autour du Soleil et que cette direction n’est pas perpendiculaire au plan de l’écliptique. Cette vidéo permet de l’illustrer. Commentaires sur la stratégie pédagogique proposée La durée du jour et de la nuit, et surtout l’alternance des saisons, sont des notions difficiles à appréhender sans illustration. Une vidéo et/ou une approche expérimentale semblent des passages incontournables ; nous proposons les deux. Il est préférable de laisser d’abord réfléchir et manipuler les élèves, puis de leur proposer les vidéos, soit comme coup de pouce, soit pour valider leurs résultats. On ne suggère pas de manipulation pour illustrer l’alternance du jour et de la nuit. Cependant, en utilisant le matériel proposé pour le doc. 2, l’élève peut conforter ses hypothèses. Lors de la manipulation sur l’alternance des saisons, l’élève doit réaliser un mouvement de translation de la balle ; l’axe de rotation de la Terre doit tout le temps garder la même orientation. Pour les durées du jour et de la nuit liées aux saisons, il peut être pertinent de tracer sur les balles deux cercles centrés sur l’axe de rotation de la Terre, un dans chaque hémisphère ; demander à l’élève de comparer la longueur de l’arc de cercle éclairée et celle non éclairée, la longueur d’un arc de cercle étant proportionnelle à une durée. 1 La rotation de la Terre sur elle-même est le mouvement de la Terre à l’origine de l’alternance du jour et

de la nuit. Le jour ou la nuit se répète au bout de 24 h, c’est la durée de rotation de la Terre sur elle-même.



rotation de la Terre. Une même saison se répète au bout d’un an.



3 Schématisation de la disposition correspondant au début de l’hiver (pour l’hémisphère Nord).

Balle (Terre)

52

Thème 1

Lampe (Soleil)

© Hachette Livre, Physique-Chimie 5e – Livre du professeur

2 L’existence des saisons est due à la révolution de la Terre autour du Soleil et à l’inclinaison de l’axe de

4 Il fait jour plus longtemps en été qu’en hiver car l’hémisphère dans lequel c’est l’été est plus éclairé par le



Soleil que celui dans lequel c’est l’hiver. Par exemple, sur le schéma ci-dessous, c’est l’été dans l’hémisphère Nord et l’hiver dans l’hémisphère Sud. Axe de rotation Pôle Nord Équateur Lumière

N

du Soleil S Pôle Sud

Trajectoire des points N et S lorsqu’ils sont : en période de jour en période de nuit



On constate que le point N décrit une trajectoire dont la longueur en période de jour est plus grande qu’en période de nuit. On en déduit que le point N bénéficie d’une durée de jour plus importante que la durée de nuit. C’est l’inverse pour le point S.

Un pas vers le bilan

© Hachette Livre, Physique-Chimie 5e – Livre du professeur

La durée de rotation de la Terre sur elle-même est de 24 h. La durée de révolution de la Terre autour du Soleil est d’un an.

Module 3

53

AC TIV ITÉ

2 Pourquoi la Lune n’a pas toujours le même aspect dans le ciel ?

p. 56 du manuel

Matériel Une balle de ping-pong ou une balle de tennis dont la moitié est peinte en noir. La partie non peinte correspond à la moitié de la Lune éclairée par le Soleil ; la partie peinte correspond à la moitié de la Lune qui n’est pas éclairée par le Soleil. Vidéos et animations en lien avec l’activité Modélisation du système Soleil Terre Lune Une vidéo en accès libre représente le déplacement de la Lune par rapport à la Terre pour deux observateurs : – un placé dans l’espace ; – un placé sur Terre. Compléments Une planche de tableaux vierges pour répondre à la question 2 et un plan pour la maquette du doc. 2 sont disponibles dans le manuel numérique du professeur. Ces documents sont destinés à être photocopiés et distribués aux élèves. Le plan n’est pas indispensable mais peut aider les élèves à mieux comprendre ; il peut être photocopié en A3. Commentaires sur la stratégie pédagogique proposée L’aspect de la Lune dans le ciel est une notion difficile à appréhender sans illustration. Une vidéo et/ou une approche expérimentale semblent des passages incontournables. On peut proposer à un élève en difficulté lors de la mise en place de l’expérience de la question 2 de regarder la vidéo en guise de coup de pouce ; la partie expérimentale arrive alors dans un 2e temps. Le Soleil dans cette modélisation est immobile. Il faut donc imaginer que sa lumière provient par exemple d’un mur de la pièce dans laquelle l’élève se trouve. Pour observer les phases de la Lune, l’élève doit comprendre qu’il se place au milieu du cercle correspondant à la trajectoire de la Lune. L’élève ne bouge donc pas ; son regard est toujours orienté vers la balle. La ½ sphère de la balle peinte en noir doit toujours être opposée au Soleil ; cette surface est donc toujours opposée au mur pris comme référence pour la lumière provenant du Soleil. 1 Cette période d’un mois d’observation va permettre de relever toutes les phases de la Lune. Les horaires

durant lesquels la Lune est visible étant variable au cours de la lunaison, il peut être utile de préciser aux élèves les créneaux d’observation (début de nuit pour le premier croissant et le premier quartier, etc.). Divers sites Internet proposent des calendriers avec les horaires de lever et coucher de la Lune. Exemple de relevés :

2

54

Thème 1

1

2

3

4

5

6

7

8

Nouvelle Lune

Premier croissant

Premier quartier

Lune gibbeuse croissante

Pleine Lune

Lune gibbeuse décroissante

Dernier quartier

Dernier croissant

1

2

3

4

5

6

7

8

Nouvelle Lune

Premier croissant

Premier quartier

Lune gibbeuse croissante

Pleine Lune

Lune gibbeuse décroissante

Dernier quartier

Dernier croissant

© Hachette Livre, Physique-Chimie 5e – Livre du professeur



3 Lors d’une pleine Lune, le Soleil, la Terre et la Lune se situent dans cet ordre dans l’espace ; la Lune se



trouve en position 5 sur le doc. 2. Lors d’une nouvelle Lune, le Soleil, la Lune et la Terre se situent dans cet ordre dans l’espace ; la Lune est en position 1 sur le doc. 2.

Un pas vers le bilan

© Hachette Livre, Physique-Chimie 5e – Livre du professeur

La Lune n’a pas le même aspect dans le ciel car on ne voit que la partie éclairée de la Lune. Cette partie éclairée dépend des positions relatives du Soleil, de la Lune et de la Terre.

Module 3

55

AC TIV ITÉ

3 Pourquoi parle-t-on de face cachée de la Lune ?

p. 57 du manuel

Vidéos et animations en lien avec l’activité Les mouvements de la Lune (doc. 3) Une vidéo en accès libre explique le phénomène de rotation de la Lune en comparant sa période de rotation et sa période de révolution autour de la Terre. Commentaires sur la stratégie pédagogique proposée Cette idée de face cachée de la Lune ne peut s’expliquer que par une modélisation du phénomène. La vidéo proposée explicite le lien entre périodes de révolution et de rotation de la Lune et la conséquence de leur égalité. 1 La surface de la Lune délimitée par le rectangle en pointillés rouges, lorsqu’elle est visible, est toujours la

même. 2 Les surfaces de la Lune photographiées depuis la Terre et par LRO ne sont pas identiques. On ne retrouve

pas, par exemple, l’aspect de la surface de la Lune délimité par le rectangle rouge du doc. 1 dans la photographie du doc. 2. 3 La vidéo indique que la période de révolution de la Lune autour de la Terre et sa période de rotation sont

les mêmes. C’est pour cette raison que, depuis la Terre, on ne voit qu’une face de la Lune, l’autre est cachée.

Un pas vers le bilan

56

Thème 1

© Hachette Livre, Physique-Chimie 5e – Livre du professeur

La période de révolution de la Lune autour de la Terre est égale à sa période de rotation.

AC TIV ITÉ

4 Pourquoi la représentation du Système solaire a-t-elle évolué ?

p. 58 du manuel

Vidéos et animations en lien avec l’activité Une représentation du Système solaire (doc. 2) L’animation, disponible dans le manuel numérique, présente quelques représentations successives du Système solaire, du géocentrisme à l’héliocentrisme. Commentaires sur la stratégie pédagogique proposée Cette activité documentaire sur l’histoire des sciences permet de mettre en avant deux théories différentes d’organisation du Système solaire. L’héliocentrisme, avancé par Aristarque de Samos trois siècles avant JésusChrist, a mis 2000 ans avant d’être repris. On peut également parler du poids de la religion et ses conséquences sur les idées de Galilée. 1 Pendant de nombreux siècles, la représentation géocentrique s’est imposée : la Terre était placée au centre



de l’Univers. À partir du XVIe siècle, la représentation héliocentrique émerge sans pour autant être acceptée, notamment par l’église. Dans cette représentation, c’est le Soleil qui est placé au centre du Système solaire.

Un pas vers le bilan

© Hachette Livre, Physique-Chimie 5e – Livre du professeur

Pour classer les planètes du Système solaire, on compare les distances qui les séparent du Soleil. Pour comparer des distances, il faut qu’elles soient exprimées dans la même unité, ici l’unité astronomique. De la plus proche à la plus éloignée du Soleil, on trouve les planètes suivantes : Mercure, Vénus, Terre, Mars, Jupiter et Saturne.

Module 3

57

AC TIV ITÉ

5 Comment peut-on comparer les planètes du Système solaire ?

p. 59 du manuel

Matériel • Une feuille de papier, de préférence au format A4 ou A3, si le travail se fait sur feuille. • Des craies, si le travail se fait dans la cours du collège Complément en lien avec l’activité Un document en accès libre présente les caractéristiques des planètes du Système solaire. Il est indispensable pour réaliser l’activité. Commentaires sur la stratégie pédagogique proposée L’objectif de cette activité est de travailler sur quelques caractéristiques des planètes du Système solaire en insistant particulièrement sur leur diamètre. En effet, les représentations des planètes du Système solaire ne respectent pas toujours les distances qui les séparent du Soleil ainsi que leurs diamètres. Le fait de respecter les proportions pour les diamètres et de schématiser les planètes permet de mieux prendre conscience des différentes dimensions. On peut prolonger l’activité en travaillant sur les distances des planètes au Soleil. Dans ce cas, chaque planète sera représentée par un point ; en effet, on ne peut pas respecter simultanément sur un même schéma les dimensions et les distances. 1 Tableau complété avec les caractéristiques des planètes composant le Système solaire.

Planètes

Mercure

Vénus

Terre

Mars

Jupiter

Saturne

Uranus

Neptune

Distance au Soleil en million de km

58

108

150

228

778

1429

2871

4503

Diamètre en millier de km

4,9

12,1

12,756

6,8

143,0

120,5

51,1

49,5

Période de révolution en jour

88,0

225

365,25

687

4 333

10 760

30 687

60 190

58,6 jours

243 jours

24 h

24,6 h

10 h

10,7 h

17,4 h

16,1 h

Période de rotation

2 Sur une feuille de format A4, le diamètre maximal d’un cercle que l’on peut représenter est de 20 cm. La planète

Planètes Diamètre (en cm) sur feuille A4



Mercure

Vénus

Terre

Mars

Jupiter

Saturne

Uranus

Neptune

0,7

1,7

1,8

1,0

20,0

16,9

7,1

6,9

Sur une feuille de format A3, ces diamètres seront 1,5 fois plus grands. 3 On peut comparer les planètes du Système solaire, par exemple, en comparant leurs distances au Soleil, leurs

diamètres, leurs périodes de révolution ou leurs périodes de rotation.

Un pas vers le bilan De la plus proche à la plus éloignée du Soleil, on trouve les planètes suivantes : Mercure, Vénus, Terre, Mars, Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune.

58

Thème 1

© Hachette Livre, Physique-Chimie 5e – Livre du professeur

qui a le plus grand diamètre est Jupiter. Planète Diamètre Diamètre sur la feuille À l’aide d’un tableau de proportionnalité, on calcule, (en millions de km) (en cm) par exemple, par quel diamètre la Terre sera repréJupiter 143 20 sentée sur la feuille. Terre 12,756 x Ainsi, x = 12,756 × 20 = 1,8 cm 143 Si Jupiter est représentée par un cercle de 20 cm de diamètre, la Terre sera représentée par un cercle de 1,8 cm. En utilisant la même méthode :

EX ER CI CE S

Prendre un bon départ La structure du Système solaire QCM 1  a. 2  a. 3  c. 4  b. 5  c. 6  b. et c.

p. 61 du manuel

12  Connaître des périodes de révolution et de rotation Révolution de la Terre  Rotation de la Terre  Révolution de la Lune 

1 jour 1 mois  1 an 



13  Connaître des distances 1. La distance entre le Soleil et la Terre est approximativement de 150 millions de kilomètres. 2. La distance entre la Terre et la Lune est approximativement de 400 000 kilomètres.

7  a. 8  a. 9  c. 10  a. et b.

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11  Comparer des distances La distance Terre-Soleil est d’une unité astronomique alors que la distance Mercure-Soleil est de 0,39 unité astronomique, soit moins d’une unité astronomique. Mercure est plus proche du Soleil que la Terre.

14  Connaître les positions relatives des planètes De la plus proche à la plus éloignée du Soleil, on rencontre les planètes : Vénus, Terre, Mars et Jupiter. 15  Décrire le Système solaire Autour du Soleil gravitent des planètes, des comètes, des astéroïdes…

Module 3

59

EX ER CI CE S

Se perfectionner La période de rotation de Jupiter est de 10 h. La durée d’une nuit plus la durée du jour sur Jupiter correspondent donc à 10 h. Lors d’un équinoxe, les durées du jour et de la nuit sont égales. La durée du jour sur Jupiter lors d’un équinoxe est donc de 5 h.

17  Comparaison de quelques planètes 1. D’après le tableau, c’est la planète Mercure la plus proche du Soleil. 2. La période de révolution d’une planète est d’autant plus grande que la distance de celle-ci au Soleil est importante.

18  Wich is the fastest ? Traduction : Quel est le plus rapide ? La Terre et Vénus sont deux planètes du Système solaire. Vénus est plus proche du Soleil que la Terre mais sa période de révolution est plus petite que celle de la Terre. Terre

Venus

Période de révolution

365,25 jours

224,70 jours

Longueur d’une révolution

940 millions de kilomètres

680 millions de kilomètres

Pour calculer la vitesse v, diviser la distance d par la période de révolution t. million de km par jour ← v = d → million de km t → jour vTerre = d = 940 = 2,57 millions de km/jour. t 365,25 vVénus = d = 680 = 3,03 millions de km/jour. t 224,70 C’est donc Vénus la plus rapide des deux planètes.

19  Les comètes Une vidéo en accès libre montre une comète vue de la Terre. 1. Le terme glace sous-entend dans le texte l’état solide. Ce terme n’est pas ici scientifiquement rigoureux puisque la glace représente l’état solide de l’eau uniquement. 2. Les matériaux qui constituent une comète passent à l’état gazeux lorsque cette dernière se rapproche du Soleil car la lumière provenant du Soleil apporte suffisamment d’énergie pour que ces matériaux passent de l’état solide à l’état gazeux. 60

Thème 1

3. C’est parce qu’elles sont éclairées par le Soleil que les comètes, constituées de gaz et de poussière, brillent plus que certaines étoiles.

20  Un alignement dans le ciel Une vidéo en accès libre issue d’une capture d’écran du logiciel libre Stellarium montre les trois astres vus depuis la Terre et leur alignement dans le ciel. Question posée : Le titre de l’exercice est-il adapté ?

Tâche complexe

1re étape : Bien comprendre la question posée 1. Quelle est la signification d’alignement dans l’espace ? 2. Plusieurs objets célestes forment-ils une droite dans le ciel ? 2e étape : Lire et comprendre les documents 1. Le schéma relie la Lune, Saturne et Mars par une droite. 2. Un tableau indique les distances qui séparent ces trois astres de la Terre. 3e étape : Dégager la problématique Est-ce que la Lune, Saturne et Mars sont sur une même droite ? 4e étape : Construire la réponse • Repérer les valeurs des distances à la Terre des trois astres. • Traduire l’alignement des trajectoires par des conditions sur les distances à la Terre des trois astres. • Vérifier si les conditions sur les distances à la Terre des trois astres sont respectées. • Critiquer le titre de l’exercice. 5e étape : Rédiger la réponse en trois paragraphes • Présenter le contexte et introduire la problématique. La Lune, Saturne et Mars semblent alignés d’après le schéma de l’exercice. Ces trois astres sont-ils sur une même droite ? • Mettre en forme la réponse. Il existe trois possibilités qui respecteraient cet alignement. On les représente successivement pour les détailler :

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16  Une bonne journée

p. 62 et 63 du manuel

EX ER CI CE S

Se perfectionner

1re possibilité Lune

Saturne

Mars

Cette 3e possibilité n’est pas valable. • Conclure et introduire, quand c’est possible, une part d’esprit critique. La Lune, Saturne et Mars n’appartiennent pas à une même droite. Ces trois astres ne sont pas alignés. Le titre de l’exercice n’est pas adapté. Grille d’évaluation en fin de module.

Terre

Dans ce cas, les trois astres sont à des distances de la Terre relativement proches les unes des autres. Le tableau indique que les distances à la Terre sont très différentes. Cette 1re possibilité n’est pas valable. 2e possibilité Lune Saturne Mars

Terre

Dans ce cas, les distances à la Terre de la Lune, de Saturne et de Mars dans cet ordre seraient de plus en plus petites. D’après le tableau, ce n’est pas le cas car Saturne est la plus éloignée. Cette 2e possibilité n’est pas valable.

21  Jour sidéral 1. En position 1, le Soleil est au zénith pour un lieu à la surface de la Terre indiqué par la flèche verte. Le Soleil est de nouveau au zénith lorsque la Terre est en position 6. Il s’écoule un jour solaire entre les positions 1 et 6 de la Terre. 2. Pour les positions 1 et 5, la flèche verte a la même direction et le même sens. La Terre a effectué une rotation. On observe un jour sidéral entre les positions 1 et 5 de la Terre. 3. Sur la schématisation, le jour sidéral (positions de 1 à 5) est plus court qu’un jour solaire (positions de 1 à 6). À partir des durées proposées, on en déduit qu’un jour sidéral dure 23 h 56 min 4 s et un jour solaire dure 24 h. 22  Pluton disqualifiée Pluton est sphérique et en orbite autour du Soleil comme les planètes du Système solaire. Sa trajectoire passe dans la ceinture de Kuiper, constituée de milliers d’objets célestes ; elle n’est donc pas seule sur son orbite. Elle ne peut pas être considérée comme une planète. 23  Les phases de la Lune 1. La Lune est visible depuis la Terre car elle diffuse (renvoie) de la lumière provenant du Soleil. Une partie de cette lumière diffusée atteint la Terre. 2. Premier quartier

3e possibilité Mars Saturne

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Lune

Lumière du Soleil

N

Pleine Lune

S

Nouvelle Lune

Dernier quartier

Terre

Dans ce cas, les distances à la Terre de la Lune, de Saturne et de Mars dans cet ordre seraient de plus en plus grandes. D’après le tableau, ce n’est pas le cas. Module 3

61

EX ER CI CE S

Accompagnement personnalisé 24  À chacun son rythme 1. Entre les deux nouvelles Lunes des mois de janvier et février, il s’écoule 29 jours. 2. Entre les deux nouvelles Lunes des mois de février et mars, il s’écoule 30 jours. 3. Sur ces deux mois, la lunaison a une durée de 29,5 jours.

25  Comprendre le vocabulaire 1. Jupiter était le roi des dieux, le maître du ciel et de la Terre. Mars était le dieu de la guerre. Mercure était le dieu des voyageurs et des commerçants. Saturne était le dieu du temps et de l’agriculture. 2. La planète Mercure a été nommée ainsi à cause de la rapidité de son déplacement. 26  À chacun son rythme

Il y a une nouvelle Lune aux positions 1 et 7. La durée d’une lunaison est donc plus grande que la durée de révolution de la Lune autour de la Terre.

28  Analyser sa production 1. Le rayon de l’orbite de la Lune est la distance entre la Terre et la Lune, soit environ 400 000 km. 2. La distance parcourue par la Lune lors de sa révolution autour de la Terre est égale au périmètre de son orbite : L = 2 × π × r = 2 × π × 400 000 = 2 513 274 km. La Lune parcourt une distance de 2 513 274 km lorsqu’elle effectue une révolution autour de la Terre. 3. La période de révolution de la Lune autour de la Terre est d’environ 1 mois, soit 30 jours ou 30 × 24 h, soit 720 h. 4. v = d = 2 513 274 = 3 491 km/h. t 720 La vitesse de la Lune sur son orbite est plus grande que celle d’un avion de ligne.

29  Rédiger un compte-rendu

Une vidéo en accès libre montre une éclipse totale du Soleil et une éclipse partielle.

1.

1. Le schéma correspond à une éclipse de Lune. Cette éclipse est totale car la Lune se trouve complètement dans le cône d’ombre de la Terre. 2. Éclipse totale

Terre

p. 64 et 65 du manuel

Étapes de l’éclipse Début

Numéro de l’étape

Lettre correspondant à la description

1

A

Maximum

2

C

Fin

3

B

2. L’éclipse est totale dans cette zone car le Soleil est entièrement caché par la Lune

Lune

Cône d’ombre de la Lune

Soleil

Lune

Terre

27  Pour aller plus loin

L’éclipse est partielle dans cette zone car le Soleil est en partie caché par la Lune

naison

6

Lu

Soleil

Révolution de la Terre autour du Soleil

Lune 1

2

Terre

5 4

3 Révolution de la Lune autour de la Terre

Entre les positions 1 et 5, la Lune effectue une révolution autour de la Terre. 62

Thème 1

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7

CO M PL ÉM EN T Grille d’évaluation par compétence d’une tâche complexe 20 Un alignement dans le ciel Classe : ��������������������������� Nom de l’élève : ����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� Domaines du socle

D1.1 Langue française à l’oral et à l’écrit

MI

Capacités attendues

MF MS TBM Compétences

Pratiquer des langages.

Lire et comprendre des documents.

Critères de réussite permettant ­d’attribuer le niveau de maîtrise « TBM » L’élève a su trouver les informations pertinentes lui permettant de répondre aux questions qu’il a posées dans la première étape. Par exemple : Le schéma relie la Lune, Saturne et Mars par une droite (doc.). Le tableau indique les distances qui séparent ces trois astres de la Terre (doc.).

Le problème est formulé en termes scientiIdentifier des questions fiques. Par exemple : de nature scientifique. Ces trois astres sont-ils sur une même droite ? D4 Les systèmes naturels et les systèmes techniques

D1.3 Langages mathématiques scientifiques et informatiques

D1.1 Langue française à l’oral et à l’écrit

Pratiquer des démarches scientifiques.

Mettre en œuvre des démarches propres aux sciences.

Pratiquer des langages.

Passer d’une forme de langage scientifique à une autre.

Pratiquer des langages.

Utiliser la langue française en cultivant précision, richesse de vocabulaire et syntaxe pour rendre compte des observations, expériences, hypothèses et conclusions.

La stratégie est détaillée et correcte. L’élève doit revenir sur la problématique. Par exemple : • Repérer les valeurs des distances à la Terre des trois astres. • Traduire l’alignement des trajectoires par des conditions sur les distances à la Terre des trois astres. • Vérifier si les conditions sur les distances à la Terre des trois astres sont respectées. • Conclure en revenant sur la problématique. Les informations issues des documents sont interprétées correctement.

La consigne est reformulée dans un langage scientifique. Les phrases sont concises ; il n’y a pas de paraphrase des documents ; les connecteurs logiques sont correctement employés. Le vocabulaire employé est adapté, rigoureux et scientifique. Les documents sont cités pour appuyer l’argumentaire.

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Fichier modifiable disponible dans le manuel numérique.

Module 3

63

MO DU LE

4

Les mouvements

Programme du cycle 4 Mouvement et interactions Attendu de fin de cycle • Caractériser un mouvement.

Connaissances et compétences associées Exemples de situations, d’activités et d’outils pour l’élève Caractériser un mouvement Caractériser le mouvement d’un objet.

L’ensemble des notions de cette partie peut être abordé à partir d’expériences simples réalisables en classe, de la vie courante Utiliser la relation liant vitesse, distance et durée dans le cas ou de documents numériques. d’un mouvement uniforme. Utiliser des animations des trajectoires des planètes, qu’on peut • Vitesse : direction, sens et valeur. considérer dans un premier modèle simplifié comme circulaires • Mouvements rectilignes et circulaires. et parcourues à vitesse constante. • Mouvements uniformes et mouvements dont la vitesse varie Comprendre la relativité des mouvements dans des cas simples au cours du temps en direction ou en valeur. (train qui démarre le long d’un quai) et appréhender la notion • Relativité du mouvement dans des cas simples. d’observateur immobile ou en mouvement.

Rappel du programme du cycle 3 Matière, mouvement, énergie, information Exemples de situations, d’activités et de ressources pour l’élève Observer et décrire différents types de mouvements

Connaissances et compétences associées

Décrire un mouvement et identifier les différences entre mouvements circulaire ou rectiligne. • Mouvement d’un objet (trajectoire et vitesse : unités et ordres de grandeur). • Exemples de mouvements simples : rectiligne, circulaire.

L’élève part d’une situation où il est acteur qui observe (en courant, faisant du vélo, passager d’un train ou d’un avion), a celles où il n’est qu’observateur (des observations faites dans la cour de récréation ou lors d’une expérimentation en classe, jusqu’à l’observation du ciel : mouvement des planètes et des satellites artificiels à partir de données fournies par des logiÉlaborer et mettre en œuvre un protocole pour appréhender la ciels de simulation). notion de mouvement et de mesure de la valeur de la vitesse d’un objet.

64

Thème 2

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• Mouvements dont la valeur de la vitesse (module) est constante ou variable (accélération, décélération) dans un mouvement rectiligne.

Progression curriculaire retenue dans les manuels Caractériser un mouvement

Relativité du mouvement dans des cas Relativité du mouvement dans des cas Relativité du mouvement dans des cas simples. simples. simples. Mouvements rectilignes et circulaires.

Mouvements rectilignes et circulaires.

Mouvements rectilignes et circulaires.

Vitesse : valeur.

Vitesse : direction, sens et valeur.

Vitesse : direction, sens et valeur.

Utiliser la relation liant vitesse, distance Utiliser la relation liant vitesse, distance Utiliser la relation liant vitesse, distance et durée dans le cas d’un mouvement et durée dans le cas d’un mouvement et durée dans le cas d’un mouvement uniforme.1 uniforme.1 uniforme.2 Mouvements uniformes et mouvements Mouvements uniformes et mouvements dont la vitesse varie au cours du temps dont la vitesse varie au cours du temps en direction ou en valeur. en direction ou en valeur. 1 pour 2 pour

calculer une vitesse calculer une vitesse, une distance ou une durée

Grille d’évaluation des attendus de fin de cycle Classe : ������������������������������������������������� Nom de l’élève : ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������ Attendu de fin de cycle : • Caractériser un mouvement.

MI : maîtrise insuffisante MF : maîtrise fragile MS : maîtrise satisfaisante TBM : très bonne maîtrise

MI Comprendre la relativité du mouvement. Décrire une trajectoire. Calculer une vitesse.

MF

MS

Activités TBM 1, 4 2 3, 4

Caractériser une vitesse par sa direction, son sens et sa valeur.

1

Caractériser un mouvement en indiquant sa trajectoire et l’évolution de sa vitesse.

2, 3

Comprendre la notion de relativité du mouvement.

1, 2

Utiliser la relation liant vitesse, distance et durée dans le cas d’un mouvement uniforme.

3

Fichier modifiable disponible dans le manuel numérique.

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Compléments pédagogiques La notion de relativité du mouvement est abordée de manière simple dès la 5e. Cette notion est à nouveau présentée en 3e par le tracé de trajectoires dans des référentiels différents. Dans les manuels de niveau, nous avons choisi d’aborder la relation entre la vitesse, la durée et la distance parcourue dès la 5e, uniquement pour calculer la vitesse. Cette relation est à nouveau utilisée en 3e, mais pour calculer cette fois-ci la durée d’un parcours ou la distance parcourue.

Module 4

65

AC TIV ITÉ

1 Pourquoi les parachutistes s’entraînent-ils au vol relatif en soufflerie ?

p. 69 du manuel

Commentaires sur la stratégie pédagogique proposée Cette activité aborde la notion de relativité du mouvement et celle de référentiel, à partir de deux vidéos de vol relatif : en compétition et lors de l’entraînement en soufflerie. Dans la vidéo prise lors de la compétition, la caméra est fixée sur un des « relativeurs », ce qui permet d’observer, du point de vue du spectateur regardant la vidéo, des mouvements similaires à la vidéo prise lors de l’entraînement en soufflerie. Nous avons volontairement mis cette activité en premier, avant une activité d’étude de mouvement ou de mesure de vitesse, la description du référentiel d’étude étant un préalable à la caractérisation d’un mouvement. Vidéos et animations en lien avec l’activité Les deux vidéos sont indispensables à la réalisation de l’activité. Vidéo d'un vol relatif (doc. 1) : Cette vidéo montre une compétition de vol relatif à 4. Vidéo d'un entraînement (doc. 2) : la 2e vidéo présente l’entraînement au vol relatif en soufflerie. 1 Les parachutistes effectuent les mêmes types de figures dans les deux cas. En revanche, les parachutistes

chutent dans la première vidéo, ce qui n’est pas le cas dans la deuxième. 2 Le parachutiste A est immobile par rapport au parachutiste B. 3 Hypothèse : un spectateur au sol voit tomber le parachutiste A. 4 Les parachutistes s’entraînent au vol relatif en soufflerie car ils peuvent effectuer les mêmes figures que lors

d’un saut réel, sans chuter par rapport au sol et pendant des durées plus importantes.

Un pas vers le bilan Il faut préciser par rapport à quel objet de référence on décrit un mouvement, car celui-ci est différent en fonction de l’objet de référence.

Prolongement

66

Thème 2

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« Relativeur » vient de relatif : cela fait référence à la relativité du mouvement. Les relativeurs peuvent être immobiles, l’un par rapport à l’autre mais en mouvement par rapport au sol.

AC TIV ITÉ

2 Pourquoi utiliser des croquis en EPS ?

p. 70 du manuel

Matériel Le document nécessaire à la réalisation de l’activité est à télécharger. Commentaires sur la stratégie pédagogique proposée Cette activité documentaire permet d’aborder ou de réinvestir la notion de trajectoire. L’élève doit caractériser des trajectoires à partir de croquis de figures de gymnastiques. 1

C

A

Déplacement sur la poutre

Tour arrière à la barre asymétrique

2 La trajectoire



A

Les trajectoires Les trajectoires

B

D

Trépied

E

Saut carpé

Sortie de poutre en extension

est une portion de droite. C et D sont des portions de cercle. B et E sont des portions de courbes quelconques.

3 Lors du mouvement du trépied, le buste et la tête sont immobiles par rapport au sol, contrairement aux pieds.

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4 Les croquis utilisés en EPS permettent de visualiser les trajectoires optimales à réaliser.

Un pas vers le bilan Un mouvement rectiligne est un mouvement dont la trajectoire est une portion de droite. Un mouvement circulaire est un mouvement dont la trajectoire est une portion de cercle.

Module 4

67

AC TIV ITÉ

3 Comment calculer sa vitesse de déplacement en course ?

p. 71 du manuel

Matériel • Un chronomètre. • Un mètre ruban. • Un dispositif de mesure de vitesse par GPS (montre running, appli téléphone) ou podomètre. Commentaires sur la stratégie pédagogique proposée Dans cette activité, l’élève doit, dans un premier temps, à partir des documents, formuler une hypothèse sur le calcul à faire pour obtenir la vitesse, puis proposer un protocole expérimental pour valider son hypothèse, en confrontant la mesure de vitesse effectuée à celle donnée par un appareil. Plusieurs mesures de vitesses pourront être faites, pour vérifier la cohérence des calculs effectués, avec les mesures faites par les appareils électroniques. Cette activité sera l’occasion de discuter avec les élèves de la précision des mesures, en fonction de l’appareil utilisé, et d’émettre des hypothèses sur l’origine des différences observées. Compléments De nombreuses applications de mesure de vitesses gratuites sont téléchargeables sur les téléphones portables. Les mesures notées ci-dessous ont été réalisées avec l’application Joggeur. Les mesures peuvent aussi être faites avec des montres running. 1 Le podomètre utilise le nombre de pas et la longueur moyenne d’un pas pour mesurer la distance. Le GPS

mesure la distance par la connaissance des positions successives et la durée du trajet. 2 Le podomètre du doc. 1 et le GPS du doc. 2 calculent la vitesse à partir de la distance d parcourue et de la durée

t du parcours. D’après le bloc Infos, la vitesse peut s’exprimer en mètre par seconde, soit une distance divisée par une durée. d L’hypothèse pour calculer la vitesse peut donc être v =  . t



3 Exemples de résultats obtenus pour une course avec l’application téléchargée sur le téléphone :

• distance mesurée au préalable : d = 40 m ; • durée de la course : t = 8,4 s. d 40 On trouve v = = = 4,76 m/s. t 8,4 16,7 Vitesse mesurée par l’application GPS : v = 16,7 km/h soit = 4,64 m/s. 3,6 4 Les résultats obtenus par le calcul et par un appareil électronique sont proches. La différence observée peut provenir de l’imprécision de la mesure de la durée au chronomètre, de la mesure de la distance ou de l’imprécision de l’application.

5 Pour calculer une vitesse, il faut mesurer la distance parcourue et la durée du parcours, puis diviser la distance

Un pas vers le bilan La vitesse v d’un objet en fonction de la distance d parcourue et de la durée t du parcours s’exprime par la relation : mètre par mètre (m) d v= seconde (s) seconde (m/s) t

68

Thème 2

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parcourue par la durée mise pour parcourir cette distance.

AC TIV ITÉ

4 À quelle vitesse déplacer une caméra pour filmer un 100 m nage libre ?

p. 72 du manuel

Vidéos et animations en lien avec l’activité Compétition de 100 m nage libre (doc. 2) Une vidéo en accès libre est indispensable à la réalisation de l’activité. C’est la finale du 100 m nage libre des championnats du monde de Berlin en 2014, filmée à l’aide de trois caméras. Commentaires sur la stratégie pédagogique proposée Cette activité documentaire permet d’aborder la relation permettant de calculer la vitesse en fonction de la distance parcourue et de la durée du parcours. Elle revient, de manière spiralaire, sur la notion de référentiel. 1 D’après le bloc infos, pour calculer la vitesse d’un objet en mètre par seconde, la distance parcourue doit être

exprimée en mètre et la durée du parcours en seconde. La durée de la course du vainqueur est t = 47,98 s. d La vitesse du vainqueur, en la considérant constante sur la course, est donnée par la relation v =  . t 100 Soit v = = 2,08 m/s. 47,98 Il faut utiliser un chariot qui puisse aller au minimum à cette vitesse. Les deux chariots peuvent être utilisés, car leurs vitesses maximales sont 5 m/s et 17 m/s.

Un pas vers le bilan La vitesse v d’un objet en fonction de la distance d parcourue et de la durée t du parcours s’exprime par la relation : mètre par mètre (m) d v= seconde (s) seconde (m/s) t

Prolongement Le record du monde du 100 m d’athlétisme aux jeux olympiques est de 9,58 s.

d La vitesse du vainqueur, en la considérant constante sur la course, est donnée par la relation v =  . t 100   = 10,44 m/s. Soit v = 9,58 Le chariot Mini Track a une vitesse maximale de 5 m/s. Il ne peut donc pas être utilisé.

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Il faut utiliser le chariot Track qui a une vitesse maximale de 17 m/s.

Module 4

69

EX ER CI CE S

Prendre un bon départ La relativité du mouvement

p. 74 et 75 du manuel

La vitesse

QCM

QCM

1  a. et b.

11  b.

2  b.

12  a.

3  a.

13  b.

4  Déterminer un référentiel a. La wakeboardeuse est immobile par exemple : – par rapport au wakeboard ; – par rapport au bateau ; – par rapport au câble de traction. b. La wakeboardeuse est en mouvement, par exemple : – par rapport à l’eau ; – par rapport au rivage.

14  Calculer une vitesse Conversion : 1 min = 60 s. d On applique la relation v =  , avec d la distance t parcourue par le paresseux et t la durée du parcours. 10 v =   = 0,17 m/s 60 La vitesse du paresseux est égale à 0,17 mètre par seconde.

5  Désigner un référentiel La personne sur le tapis roulant est immobile par rapport au tapis roulant.

15  Comparer des vitesses d 1. On applique la relation v = avec la vitesse v en km/h t quand la distance d parcourue par Solar Impulse est en km et la durée t du parcours est en h. 2 763 v= = 58 km/h 48 La vitesse de l’avion est égale à 58 kilomètres par heure. 2. Un avion de ligne a une vitesse d’environ 1 000 kilomètres par heure, donc bien supérieure à celle de Solar Impulse. 3. Une voiture peut avoir une vitesse de 58 kilomètres par heure.

Les trajectoires QCM 6  b. 7  c. 8  b. 9  Décrire une trajectoire Une vidéo en accès libre présente les figures des avions de la patrouille de France. Pour la situation représentée sur cette photographie, les avions laissant une traînée blanche ont une trajectoire rectiligne. Les autres avions ont des trajectoires curvilignes.

16  Comprendre une unité 1. Don Lippincot a parcouru une distance de 9,4 mètres chaque seconde. 2. Le TGV a parcouru 574,8 kilomètres chaque heure.

70

Thème 2

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10  Identifier une trajectoire Un cavalier a une trajectoire rectiligne par rapport au sol dans la situation n° 2.

EX ER CI CE S

Se perfectionner 17  Des ascenseurs rapides 1. La trajectoire des ascenseurs par rapport au sol est une portion de droite : le mouvement est rectiligne. d 2. On applique la formule v =  , avec d la distance t parcourue par l’ascenseur en m et t la durée du parcours en s. 383 v= = 10,4 m/s 37 La vitesse est égale à 10,4 mètres par seconde. 3. La vitesse est bien inférieure à celle annoncée. C’est la vitesse sur l’ensemble du parcours. Or l’ascenseur a au départ et à l’arrivée une vitesse nulle. La vitesse annoncée est certainement la vitesse maximale. 18  Lancer de Vortex Dans l’édition 01, le schéma est erroné. Le schéma correct, rétabli dans l'édition 02, est le suivant :

1. On étudie le mouvement du Vortex par rapport au sol. 2. La trajectoire est une portion de courbe. Le mouvement est donc curviligne. 3. Sur la chronophotographie, la distance entre deux points successifs varie pour des intervalles de temps successifs égaux. Elle est plus grande au début qu’au milieu du parcours. Donc la vitesse du Vortex varie aussi.

19  Aussi rapide que la Lune

Tâche complexe

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1re étape : Bien comprendre la question posée Quelles données permettent de calculer la vitesse de la Lune ? 2e étape : Lire et comprendre les documents Pour calculer la vitesse de la Lune par rapport au centre de la Terre, il faut connaître la distance que la Lune parcourt et la durée de ce parcours. On sait que la Lune effectue une révolution autour de la Terre en 27,3 jours (doc. 1). Il faut donc calculer la distance parcourue pendant cette durée : c’est le périmètre de sa trajectoire circulaire de rayon r = 384 000 km (doc. 1). Il est donné par : L = 2 × π × r (doc. 2).

p. 76 à 79 du manuel

3e étape : Dégager la problématique Quelle est la vitesse de la Lune par rapport au centre de la Terre au cours de sa révolution ? 4e étape : Construire la réponse • Calculer la distance parcourue par la Lune lors d’une révolution. • Calculer la vitesse de la Lune lors d’une révolution. 5e étape : Rédiger la réponse en trois paragraphes • Présenter le contexte et introduire la problématique. La Lune tourne autour de la Terre. Quelle est la vitesse de la Lune par rapport au centre de la Terre lors de cette révolution ? • Mettre en forme la réponse. La distance d parcourue par la Lune lors d’une révolution est : d = 2 × π × r = 2 × π × 384 000 = 2 412 743 km (doc. 1 et 2) Durée t d’une révolution de la Lune est  : t = 27,3 jours = 27,3 × 24 = 655,2 h (doc. 1) d On applique la relation v = avec la vitesse v en km/h t lorsque la distance d est en km et la durée t est en s : 2 412 743 v= = 3 682 km/h 655,2 • Conclure et introduire, quand cela est possible, une part d’esprit critique. La vitesse de la Lune par rapport au centre de la Terre est de 3 682 kilomètres par heure. Grille d’évaluation en fin de module.

20  La chronophotographie La trajectoire de la personne par rapport au sol est une portion de courbe, donc son mouvement est curviligne. 21  Ravitaillement en vol Une vidéo en accès libre montre un ravitaillement en vol d’un avion de chasse. 1. L’avion de chasse est immobile par rapport à l’avion ravitailleur au cours du ravitaillement. 2. Dans ce référentiel, l’avion est immobile, donc sa vitesse est nulle. 3. Par rapport au sol, la vitesse de l’avion de chasse est la même que celle de l’avion ravitailleur, donc 500 kilomètres par heure.

Module 4

71

EX ER CI CE S Une vidéo en accès libre montre le fonctionnement d’un loch à bateau. 1. La planchette flottait sur l’eau, immobile par rapport à l’eau, alors que le bateau était en mouvement par rapport à l’eau, donc le cordage, qui reliait le marin à la planchette, filait entre les doigts. 2. Pour mesurer une vitesse, il faut mesurer une distance parcourue et la durée du parcours. Le sablier permet de mesurer une durée. Le nombre de nœuds permet de mesurer la distance parcourue. On mesure donc une distance parcourue pendant une certaine durée : il s’agit d’une vitesse.

23  Cascade ! Une vidéo en accès libre est l’extrait de l’émission « On n’est pas que des cobayes » d’où est tiré cet exercice. 1. La voiture peut monter sur la remorque, car par rapport au sol elle a une vitesse supérieure à celle de la remorque. 2. Si elle ne freine pas, la voiture continue d’avancer, car elle est en mouvement par rapport à la remorque.

24  Sun’s path in the sky Traduction : Le trajet du Soleil dans le ciel Le Soleil semble se lever à l’est et se coucher à l’ouest. En réalité, la Terre tourne autour de son axe et autour du Soleil. 1. La trajectoire du Soleil est représentée par rapport à la Terre. 2. La Terre tourne autour de son axe. Ce mouvement de rotation permet d’expliquer l’alternance des jours et des nuits. 3. La trajectoire de la Terre par rapport au Soleil est un cercle : son mouvement est circulaire.

25  La fusée Ariane Une vidéo en accès libre montre un décollage de la fusée Ariane 5. 1. La trajectoire de la fusée est décrite par rapport au sol. 2. La trajectoire de la fusée est une portion de droite pendant la première phase du lancement : le mouvement est alors rectiligne. 3. La trajectoire est une portion de courbe pendant la deuxième phase du lancement : son mouvement est alors curviligne. d 4. On applique la formule v =  , avec la vitesse v en t km/s si la distance d parcourue par la fusée est en km et la durée t du parcours est en s. 200 = 9,52 km/s v= 21 72

Thème 2

La vitesse d’Ariane 5 est de 9,52 kilomètres par seconde au moment de la satellisation. 5. a. Les réactifs sont le dihydrogène et le dioxygène. b. Le produit est la vapeur d’eau.

26  Course Marseille-Cassis 1. Calcul de la vitesse du 1er coureur : d On applique la formule v = avec la vitesse v en t km/min si la distance d parcourue est en km et la durée t du parcours est en min. d 10 = 0,2 km/min v= = t 50 er La vitesse du 1 coureur est égale à 0,2 kilomètre par minute. Calcul de la vitesse du 2e coureur : d 10 = 0,21 km/min v= = t 47 La vitesse du 2e coureur est égale à 0,21 kilomètre par minute. 2. Les deux coureurs ont mis la même durée de 1 h 30 min pour parcourir les 18 km. Conversions : 1 h 30 min = 60 + 30 = 90 minutes Calcul de la vitesse sur l’ensemble de la course. d 18 v= = = 0,2 km/min t 90 La vitesse des deux coureurs sur l’ensemble de la course est de 0,2 kilomètre par minute. 3. Le 1er coureur va moins vite que le 2e coureur pendant la première partie de la course. Or les vitesses des deux coureurs sont identiques sur l’ensemble de la course. Le 1er coureur a donc couru plus vite que le 2e coureur sur la deuxième partie de la course. 27  Tour de France 1. Le cycliste est immobile par rapport à son vélo. 2. Il est en mouvement, par exemple par rapport au sol. Il l’est aussi par rapport aux spectateurs ou autres cycliste qui roulent à des vitesses différentes. d 3. On applique la formule v = avec la vitesse v en t km/h si la distance d parcourue est en km et la durée t du parcours est en h. Conversion : 4 h 30 min = 4,5 h d 209 v= = = 46,4 km/h t 4,5 La vitesse de Peter Sagan est de 46,4 kilomètres par heure sur l’ensemble du parcours. 28  Coucher de Lune 1. La trajectoire de la Lune est une portion de droite sur cette photographie : le mouvement est rectiligne. 2. Le mouvement est décrit par rapport au sol. 3. La trajectoire de la Lune est un cercle par rapport au centre de la Terre : le mouvement est circulaire.

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22  Nœud marin

EX ER CI CE S

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29  L’orage 1. La vitesse de la lumière est de 300 000 kilomètres par seconde. La durée pour parcourir une distance de quelques kilomètres peut être considérée comme instantanée pour un observateur. d 2. On applique la formule v =  , avec la vitesse v en t m/s si la distance d parcourue est en m et la durée t du parcours est en s. Conversion : 3 km = 3 000 m. d 3 000 v= = = 333 m/s t 9 La vitesse du son dans l’air est de 333 mètres par seconde.

Se perfectionner

30  Le Valravn Une vidéo en accès libre, filmée d’une voiture du grand huit, illustre cet exercice. 1. Certaines portions de la trajectoire semblent rectilignes (montée à gauche de l’image par exemple), d’autres sont curvilignes. d 2. On applique la formule v = avec la vitesse v en t km/h si la distance d parcourue est en km et la durée t du parcours est en h . Conversions : 1 000 m = 1 km. 2 min = 0,033 h d 1 v= = ≈ 30 km/h t 0,033 La vitesse sur l’ensemble du parcours est de 30 kilomètres par heure. 3. La vitesse, bien inférieure à celle annoncée, est celle sur l’ensemble du parcours. Celle annoncée est certainement la vitesse maximale atteinte.

Module 4

73

EX ER CI CE S

Accompagnement personnalisé

• Corrigé de l’énoncé compact

Tâche complexe

1re étape : Bien comprendre la question posée 1. De quelle voiture s’agit-il ? 2. Pourquoi le conducteur peut-il recevoir une contravention ? 2e étape : Lire et comprendre les documents 1. Il s’agit d’une voiture qui circule sur une autoroute (texte de l’exercice). 2. Le conducteur peut recevoir une contravention si la vitesse dépasse la vitesse limite autorisée de 130 km/h (texte de l’exercice). 3e étape : Dégager la problématique La vitesse du véhicule est-elle supérieure à la vitesse limite autorisée ? 4e étape : Construire la réponse • Calculer la durée mise pour parcourir les 12 kilomètres. • Calculer la vitesse du véhicule sur cette distance parcourue. • Comparer la vitesse à la vitesse maximale autorisée. 5e étape : Rédiger la réponse en trois paragraphes • Présenter le contexte et introduire la problématique. Un véhicule circule sur une autoroute. On veut savoir si le conducteur va recevoir une contravention. Ce sera le cas si la vitesse du véhicule est supérieure à la vitesse maximale autorisée. • Mettre en forme la réponse. La durée du parcours est de 16 h 54 min – 16 h 48 min = 6 min (données). La durée mise pour parcourir les 12 kilomètres est de 6 minutes. d Pour calculer la vitesse, on applique la formule v = t avec la vitesse v en km/h si la distance d parcourue est en km et la durée t du parcours est en h. Avant de l’utiliser, il faut convertir la durée en heure : 6 min = 0,1 h. La vitesse est alors : d 12 v= = = 120 km/h t 0,1 La vitesse est de 120 kilomètres par heure. • Conclure et introduire, quand c’est possible, une part d’esprit critique. Sur le tronçon de 12 km, le véhicule a eu une vitesse de 120 km/h, soit inférieure à la vitesse maximale autorisée de 130 km/h donc le conducteur n’est pas en infraction : il ne recevra pas de contravention. Grille d’évaluation en fin de module. 74

Thème 2

• Corrigé de l’énoncé détaillé 1. Durée : 16 h 54 min – 16 h 48 min = 6 min Conversion : 6 min = = 0,1 h. La durée mise pour parcourir les 12 km est de 0,1 heure. d 2. Pour calculer la vitesse, on applique la formule v = t avec la vitesse v en km/h si la distance d parcourue est en km et la durée t du parcours est en h. 12 Donc v = = 120 km/h. 0,1 La vitesse est de 120 kilomètres par heure. 3. La vitesse maximale autorisée est de 130 kilomètres par heure, donc supérieure à la vitesse du véhicule qui est de 120 kilomètres par heure. 4. Le conducteur n’est pas en infraction et ne va pas recevoir de contravention.

32  Expliquer une observation Nous constatons que le public est vu flou alors que les coureurs sont nets donc l’appareil photo s’est déplacé à la même vitesse que les coureurs. 33  À chacun son rythme – Le pari de Phileas Fogg • Corrigé de l’énoncé compact

Tâche complexe

1re étape : Bien comprendre la question posée 1. Qui est Philéas Fogg ? 2. De quel pari s’agit-il ? 3. Comment peut-il gagner ce pari ? 2e étape : Lire et comprendre les documents 1. Phileas Fogg est le héros d’un roman de Jules Verne de la fin du XIXe siècle (doc. 1). 2. Phileas Fogg parie d’effectuer le tour de la Terre en 80 jours (doc. 1). 3. Pour gagner ce pari, il peut emprunter différents moyens de locomotion (train, éléphant, navire, ballon) (doc. 1 et 3). 3e étape : Dégager la problématique Quelle doit être la vitesse de Phileas Fogg pour effectuer le tour du monde en 80 jours ? 4e étape : Construire la réponse • Calculer la distance à parcourir. • Calculer la vitesse pour parcourir cette distance en 80 jours. • Comparer la vitesse aux vitesses des différents véhicules à la disposition de Phileas Fogg à l’époque où se situe le roman. 5e étape : Rédiger la réponse en trois paragraphes • Présenter le contexte et introduire la problématique. Phileas Fogg a fait le pari de faire le tour du monde en moins de 80 jours.

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31  À chacun son rythme – Les radars tronçons

p. 80 et 81 du manuel

EX ER CI CE S Quelle doit être la vitesse de Phileas Fogg pour qu’il réussisse son pari ? • Mettre en forme la réponse. La Terre a un rayon de 6 370 km. Le périmètre de la Terre à l’équateur a donc une longueur : L = 2 × π × r = 2 × π × 6 370 = 40 024 km (doc. 1). Phileas Fogg doit donc parcourir une distance de 40 024 kilomètres s’il fait le tour du monde au niveau de l’équateur. d Pour calculer sa vitesse, on applique la formule v = t avec la vitesse v en km/h si la distance d parcourue est en km et la durée t du parcours est en h. Avant cela, il faut convertir la durée en heures : 80 jours = 80 × 24 = 1 920 h. d 40 024 Donc v = = = 20,85 km/h. t 1 920 Pour faire le tour du monde en 80 jours, il doit avoir une vitesse de 20,85 kilomètres par heure. Le train ou le bateau ont une vitesse supérieure à 20 km/h. (doc. 3) • Conclure et introduire, quand c’est possible, une part d’esprit critique. Le pari est réalisable, mais les temps de repos vont allonger la durée de son trajet. Grille d’évaluation en fin de module.

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• Corrigé de l’énoncé détaillé 1. L = 2 × π × r = 2 × π × 6 370 = 40 024 km d 2. Pour calculer sa vitesse on applique la formule v = t avec la vitesse v en km/h si la distance d parcourue est en km et la durée t du parcours est en h. Avant cela il faut convertir la durée en heures : 80 jours = 80 × 24 = 1 920 h. d 40 024 Donc v = = ≈ 20,85 km/h. t 1 920 3. Le train ou le bateau ont une vitesse supérieure à 20 km/h. 4. Le pari est réalisable, mais les temps de repos vont allonger la durée de son trajet.

Accompagnement personnalisé

34  Analyser sa production Une vidéo en accès libre montre l’utilisation de la tyrolienne d’Orcières-Merlette. 1. La relation reliant la vitesse v d’un objet, la distance d qu’il parcourt et la durée t du parcours est : mètre par mètre (m) d v= seconde (s) seconde (m/s) t 2. Avant cela il faut convertir la durée en secondes : 1 min 30 s = 90 s. d 1 870 = 20,77 m/s. Alors v = = t 90 La vitesse de la tyrolienne sur l’ensemble du parcours est de 20,77 mètres par seconde. 3. La vitesse est inférieure à celle annoncée dans le texte (36 m/s). 4. La vitesse annoncée est la vitesse maximale, or la tyrolienne démarre avec une vitesse nulle. La vitesse sur l’ensemble du parcours est donc inférieure à la vitesse maximale.

35  Comprendre le vocabulaire L’adjectif « curviligne » signifie que le trajet forme une ligne courbe. 36  Comprendre le vocabulaire 1. Instrument de précision destiné à mesurer une durée : c’est le chronomètre. 2. Se dit d’un classement par ordre de dates.  : chronologique. 3. Se dit d’une maladie qui dure longtemps  : chronique. 37  Pour aller plus loin 1. Les étoiles sont en mouvement par rapport à la Terre. 2. Le mouvement de la Terre autour de son axe est circulaire. La trajectoire apparente des étoiles dans le référentiel Terre est donc un cercle.

Module 4

75

CO M PL ÉM EN T Grille d’évaluation par compétence d’une tâche complexe 19 Aussi rapide que la Lune Classe : �������������������������� Nom de l’élève : ����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������

D1.1 Langue française à l’oral et à l’écrit

D4 Les systèmes naturels et les systèmes techniques

D1.3 Langages mathématiques scientifiques et informatiques

D1.1 Langue française à l’oral et à l’écrit

MI

Capacités attendues

MF MS TBM Compétences

Pratiquer des langages.

Pratiquer des démarches scientifiques.

Lire et comprendre des documents scientifiques.

Thème 2

L’élève a su trouver les informations pertinentes lui permettant de répondre aux questions qu’il a posées dans la première étape. Par exemple : La période de révolution de la Lune autour de la Terre en 27,3 jours (doc. 1). Le rayon de la trajectoire de la Lune est de 384 000 km (doc. 1). Le périmètre d’un cercle de rayon r est L = 2 × π × r (doc. 2).

Le problème est formulé en termes scientifiques. Identifier des questions Par exemple : de nature scientifique. Quelle est la vitesse de la Lune par rapport au centre de la Terre au cours de sa révolution ?

Mettre en œuvre des démarches propres aux sciences.

La stratégie est détaillée et correcte. L’élève doit revenir sur la problématique. Par exemple : • Calculer la distance parcourue par la Lune lors d'une révolution • Calculer la vitesse pour parcourir cette distance. • Conclure en revenant sur la problématique.

Pratiquer des langages.

Les informations issues des documents sont interprétées correctement. Les expressions littérales sont données, Passer d’une forme de langage scientifique les calculs sont justes, les unités sont cohérentes. à une autre. • Utilisation de la relation : L = 2 × π × r. • Utilisation de la relation d = v × t.

Pratiquer des langages.

Utiliser la langue française en cultivant précision, richesse de vocabulaire et syntaxe pour rendre compte des observations, expériences, hypothèses et conclusions.

Fichier modifiable disponible dans le manuel numérique.

76

Critères de réussite permettant ­d’attribuer le niveau de maîtrise « TBM »

La consigne est reformulée dans un langage scientifique. Les phrases sont concises ; il n’y a pas de paraphrase des documents ; les connecteurs logiques sont correctement employés. Le vocabulaire employé est adapté, rigoureux et scientifique. Les documents sont cités pour appuyer l’argumentaire. © Hachette Livre, Physique-Chimie 5e – Livre du professeur

Domaines du socle

CO M PL ÉM EN T Grille d’évaluation par compétence d’une tâche complexe 31 À chacun son rythme – Les radars tronçons Classe : �������������������������� Nom de l’élève : ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� Domaines du socle

D1.1 Langue française à l’oral et à l’écrit

MI

Capacités attendues

MF MS TBM Compétences

Pratiquer des langages.

Lire et comprendre des documents scientifiques.

Critères de réussite permettant ­d’attribuer le niveau de maîtrise « TBM » L’élève a su trouver les informations pertinentes lui permettant de répondre aux questions qu’il a posées dans la première étape. Par exemple : Le conducteur est en infraction si la vitesse dépasse la vitesse limite autorisée de 130 km/h (données).

Le problème est formulé en termes scientifiques. Identifier des questions Par exemple : de nature scientifique. La vitesse du véhicule est-elle supérieure à la vitesse limite autorisée ? D4 Les systèmes naturels et les systèmes techniques

D1.3 Langages mathématiques scientifiques et informatiques

© Hachette Livre, Physique-Chimie 5e – Livre du professeur

D1.1 Langue française à l’oral et à l’écrit

Pratiquer des démarches scientifiques.

Mettre en œuvre des démarches propres aux sciences.

La stratégie est détaillée et correcte. L’élève doit revenir sur la problématique. Par exemple : • Calculer la durée mise pour parcourir les 12 kilomètres. • Calculer la vitesse du véhicule sur cette distance parcourue. • Comparer la vitesse à la vitesse maximale autorisée. • Conclure en revenant sur la problématique.

Pratiquer des langages.

Les informations issues des documents sont interprétées correctement. Les expresPasser d’une forme sions littérales sont données, les calculs de langage scientifique sont justes et les unités sont cohérentes. à une autre. Utilisation de la relation : d = v × t.

Pratiquer des langages.

Utiliser la langue française en cultivant précision, richesse de vocabulaire et syntaxe pour rendre compte des observations, expériences, hypothèses et conclusions.

La consigne est reformulée dans un langage scientifique. Les phrases sont concises ; il n’y a pas de paraphrase des documents ; les connecteurs logiques sont correctement employés. Le vocabulaire employé est adapté, rigoureux et scientifique. Les documents sont cités pour appuyer l’argumentaire. La réponse revient sur la problématique.

Fichier modifiable disponible dans le manuel numérique.

Module 4

77

CO M PL ÉM EN T Grille d’évaluation par compétence d’une tâche complexe 33 À chacun son rythme – Le pari de Phileas Fogg Classe : �������������������������� Nom de l’élève : ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� Domaines du socle

D1.1 Langue française à l’oral et à l’écrit

MI

Capacités attendues

MF MS TBM Compétences

Pratiquer des langages.

Lire et comprendre des documents scientifiques.

Critères de réussite permettant ­d’attribuer le niveau de maîtrise « TBM » L’élève a su trouver les informations pertinentes lui permettant de répondre aux questions qu’il a posées dans la première étape. Par exemple : Phileas Fogg parie d’effectuer le tour de la Terre en 80 jours (doc. 1). Pour gagner ce pari, il peut emprunter différents moyens de locomotion (train, éléphant, navire, ballon) (doc. 3).

Le problème est formulé en termes scientifiques. Par exemple : Identifier des questions Quelle doit être la vitesse de Phileas de nature scientifique. Fogg pour effectuer le tour du monde en 80 jours ?

D1.3 Langages mathématiques scientifiques et informatiques

D1.1 Langue française à l’oral et à l’écrit

Pratiquer des démarches scientifiques.

Mettre en œuvre des démarches propres aux sciences.

Pratiquer des langages.

Les informations issues des documents sont interprétées correctement. Les expressions littérales sont données, les calculs sont justes, les unités sont Passer d’une forme cohérentes. de langage scientifique • Utilisation de la relation : à une autre. L=2×π×r • Utilisation de la relation : d = v × t. • Lecture du tableau.

Pratiquer des langages.

Utiliser la langue française en cultivant précision, richesse de vocabulaire et syntaxe pour rendre compte des observations, expériences, hypothèses et conclusions.

Fichier modifiable disponible dans le manuel numérique.

78

Thème 2

La stratégie est détaillée et correcte. L’élève doit revenir sur la problématique. Par exemple : • Calculer la distance à parcourir. • Calculer la vitesse pour parcourir cette distance en 80 jours. • Comparer la vitesse aux vitesses des différents véhicules à sa disposition à l’époque où se situe le roman. • Conclure en revenant sur la problématique.

La consigne est reformulée dans un langage scientifique. Les phrases sont concises ; il n’y a pas de paraphrase des documents ; les connecteurs logiques sont correctement employés. Le vocabulaire employé est adapté, rigoureux et scientifique. Les documents sont cités pour appuyer l’argumentaire. La réponse revient sur la problématique.

© Hachette Livre, Physique-Chimie 5e – Livre du professeur

D4 Les systèmes naturels et les systèmes techniques

MO DU LE

5

Les interactions

Programme du cycle 4 Mouvement et intéractions Attendu de fin de cycle • Modéliser une interaction par une force caractérisée par un point d’application, une direction, un sens et une valeur.

Connaissances et compétences associées Exemples de situations, d’activités et d’outils pour l’élève Modéliser une interaction par une force caractérisée par un point d’application, une direction, un sens et une valeur Identifier les interactions mises en jeu (de contact ou à distance) L’étude mécanique d’un système peut être l’occasion d’utiliser les diagrammes objet-interaction. et les modéliser par des forces. Associer la notion d’interaction à la notion de force.

Expérimenter des situations d’équilibre statique (balance, ressort, force musculaire).

Exploiter l’expression littérale scalaire de la loi de gravitation universelle, la loi étant fournie. Expérimenter la persistance du mouvement rectiligne uniforme en l’absence d’interaction (frottement). • Action de contact et action à distance. • Force : point d’application, direction, sens et valeur. Expérimenter des actions produisant un mouvement (fusée, • Force de pesanteur et son expression P = m × g. moteur à réaction). Pesanteur sur Terre et sur la Lune, différence entre poids et masse (unités). L’impesanteur n’est abordée que qualitativement.

Rappel du programme du cycle 3 Remarque : pour ce module 5, il n’y a pas de notions précises vues au cycle 3. Néanmoins, les notions de mouvement (trajectoire et vitesse) sont des prérequis puisque les actions sont définies par la modification du mouvement d'un objet. Connaissances Exemples de situations, d’activités et compétences associées et de ressources pour l’élève Observer et décrire différents types de mouvements L’élève part d’une situation où il est acteur qui observe (en courant, faisant du vélo, passager d’un train ou d’un avion), à celles où il n’est qu’observateur (des observations faites dans la cour de récréation ou lors d’une expérimentation en classe, jusqu’à l’observation du ciel : mouvement des planètes et des satellites artificiels à partir de données fournies par des logiÉlaborer et mettre en œuvre un protocole pour appréhender la ciels de simulation). notion de mouvement et de mesure de la valeur de la vitesse d’un objet. • Mouvements dont la valeur de la vitesse (module) est constante ou variable (accélération, décélération) dans un mouvement rectiligne.

80

Thème 2

© Hachette Livre, Physique-Chimie 5e – Livre du professeur

Décrire un mouvement et identifier les différences entre mouvements circulaire ou rectiligne. • Mouvement d’un objet (trajectoire et vitesse : unités et ordres de grandeur). • Exemples de mouvements simples : rectiligne, circulaire.

Progression curriculaire retenue dans les manuels Modéliser une interaction par une force caractérisée par un point d’application, une direction, un sens et une valeur

Identifier les interactions mises en jeu (de Identifier les interactions mises en jeu (de contact ou à distance). contact ou à distance) et les modéliser par des forces. Associer la notion d’interaction à la notion de force.

Identifier les interactions mises en jeu (de contact ou à distance) et les modéliser par des forces. Associer la notion d’interaction à la notion de force. Exploiter l’expression littérale scalaire de la loi de gravitation universelle, la loi étant fournie.

• Action de contact et action à distance.

• Action de contact et action à distance. • Force : point d’application, direction, sens et valeur. • Force de pesanteur et son expression P = m × g.

• Action de contact et action à distance. • Force : point d’application, direction, sens et valeur. • Force de pesanteur et son expression P = m × g..

Remarque : Si la force de pesanteur et son expression ainsi que l'expression scalaire de la loi de gravitation universelle ne sont pas vues en 5e, les activités abordées en 5e permettent néanmoins de familiariser l'élève avec l'interaction gravitationnelle vue comme une action mécanique à distance de la Terre sur tout objet en interaction avec elle.

Grille d’évaluation des attendus de fin de cycle Classe : ������������������������������������������������� Nom de l’élève : ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������ Attendu de fin de cycle : MI : maîtrise insuffisante • Modéliser une interaction par une force caractérisée par un point MF : maîtrise fragile d’application, une direction, un sens et une valeur. MS : maîtrise satisfaisante TBM : très bonne maîtrise

MI Identifier les effets d’une action mécanique. Identifier l’interaction gravitationnelle.

© Hachette Livre, Physique-Chimie 5e – Livre du professeur

Définir une interaction.

MF

MS

Activités TBM 1, 2, 3, 4, 5, 6 2, 3, 4, 5 3, 4, 6

Définir une action localisée, répartie, de contact ou à distance.

5

Associer la notion d’interaction à la notion de force.

1

Identifier une force de contact ou à distance.

2

Modéliser une action par une force.

1

Définir le poids et son expression P = mg.

3, 4

Calculer le poids d’un objet.

3, 5

Identifier les effets d’une ou deux forces sur le mouvement d’un objet.

1, 2, 3, 4, 5, 6, 7

Schématiser une force.

1, 2, 4, 6

Décrire le mouvement d’un objet soumis à deux forces de même direction.

1, 2, 3, 4

Identifier la force de pesanteur. Définir la loi de gravitation universelle.

4, 5, 6 7

Fichier modifiable disponible dans le manuel numérique.

Module 5

81

Compléments pédagogiques • En 5e, nous avons choisi de présenter les concepts d’actions et d’interactions en nous appuyant sur le modèle du diagramme objet-interaction qui permet d’identifier l’objet d’étude ainsi que ceux avec lesquels il est en interaction. Deux actions constituent une interaction. • En 4e, les actions et les interactions sont modélisées par des forces, représentées par des flèches. Le poids d’un objet est modélisé. Les caractéristiques de la flèche qui modélise une force sont détaillées. Remarque : Dans le programme, il est proposé de « modéliser une interaction par une force ». Dans les manuels, comme habituellement en physique, une interaction est caractérisée par les actions réciproques que deux objets exercent l'un sur l'autre. Ainsi, une interaction sera modélisée, dans les manuels, par deux forces.

82

Thème 2

© Hachette Livre, Physique-Chimie 5e – Livre du professeur

• En 3e, nous avons souhaité introduire une première approche de l’équilibre statique à deux forces. Cela permet de mieux anticiper l’effet d’une seule force sur un objet immobile et de l’associer à la mise en mouvement. Cette conception permet une première approche qualitative de la 2e loi de Newton : une force est associée à une variation de la vitesse. Enfin, la manipulation de l’expression scalaire de l’interaction gravitationnelle est réservée à la classe de 3e. Pour ne pas alourdir inutilement cette notion, la constante universelle de gravitation G n’est pas citée : l’expression scalaire comporte systématiquement la valeur de cette constante.

AC TIV ITÉ

1 Comment marquer un but collectif au football ?

p. 83 du manuel

1 Le joueur 17 de l’équipe rouge frappe le ballon qui adopte une trajectoire rectiligne. Son équipier, le joueur 10,

dévie la trajectoire du ballon qui adopte une nouvelle trajectoire rectiligne vers les cages du but adverse. Le joueur 3 de l’équipe bleue dévie à son tour le ballon : le ballon adopte une troisième trajectoire rectiligne vers le but. Le gardien de but de l’équipe bleue ne parvient pas à arrêter ou dévier le mouvement du ballon. 2 • Première portion de la trajectoire (du joueur 17 au joueur 10) : le pied du joueur 17 exerce une action sur le



ballon. Il modifie ainsi la trajectoire mais aussi la vitesse du ballon. • Deuxième portion de la trajectoire (du joueur 10 au joueur 3) : le pied du joueur 10 exerce une action sur le ballon. Il modifie ainsi la trajectoire mais aussi la vitesse du ballon. • Troisième portion de la trajectoire (du joueur 3 au but) : le pied du joueur 3 exerce une action sur le ballon. Il modifie ainsi la trajectoire, mais aussi la vitesse du ballon. 3 Les actions exercées par les pieds sur le ballon ont pu en modifier la forme. 4 Pour marquer un but collectif au football, les joueurs doivent exercer une succession d’actions qui modifient le

mouvement du ballon (trajectoire et/ou vitesse) afin que le dernier mouvement du ballon lui fasse passer la ligne de but.

Un pas vers le bilan

© Hachette Livre, Physique-Chimie 5e – Livre du professeur

Les effets possibles d’une action sont : • la modification du mouvement (trajectoire et/ou vitesse) de l’objet (c’est par exemple ce qui se passe quand le pied d’un joueur de football frappe dans un ballon initialement immobile ou quand il heurte et dévie un ballon initialement en mouvement). • la déformation (permanente ou pas) de l’objet (c’est par exemple le cas lorsque le ballon rencontre le filet des cages de but, le choc du ballon contre le filet déforme le filet ; c’est aussi le cas lorsque le pied déforme le ballon).

Module 5

83

AC TIV ITÉ

2 Pourquoi la Lune tourne-t-elle autour de la Terre ?

p. 84 du manuel

Matériel • 2 feuilles de papier. • Tube de Newton (si le professeur n’en possède pas, une vidéo en accès libre peut remplacer la manipulation). Vidéos et animations en lien avec l’activité Le canon de Newton (doc. 2) Une vidéo en accès libre présente une animation sur le canon de Newton. Cette vidéo n’est pas indispensable à l’activité, elle peut se substituer au doc. 2 pour varier la nature des supports pédagogiques et favoriser l’appropriation des informations par des élèves de différents profils d’apprentissage. Le tube de Newton (doc. 3) Une vidéo en accès libre montre une plume tombant dans un tube de newton. Dans un premier temps, le tube contient de l’air ; dans un second temps, le vide a été fait dans le tube. Cette vidéo est indispensable à la réalisation des questions 3 à 5 de l’activité si l’expérience n’est pas faite en classe. 1 Exemple d’hypothèse : la feuille froissée en boule arrive avant la feuille non froissée. 2 On lâche simultanément, d’une même hauteur, la feuille froissée en boule et la feuille non froissée.



On observe que la feuille froissée en boule arrive au sol la première. 3 Lorsqu’il y a de l’air dans le tube, la plume est soumise à :



• l’action de la Terre (la plume et la Terre sont en interaction gravitationnelle) ; • l’action de l’air. Lorsqu’il n’y a pas d’air dans le tube, la plume est soumise à l’action de la Terre (la plume et la Terre sont en interaction gravitationnelle). 4 La plume tombe dans les deux cas, car elle est en interaction gravitationnelle avec la Terre. 5 Les frottements de l’air ralentissent la feuille et la plume. 6 Selon le doc. 1, la matière qui constitue la Lune a été éjectée avec suffisamment de vitesse (doc. 2) : cela lui a

permis de rester en orbite autour de la Terre. De plus, l’espace pouvant être considéré comme vide, il n’y a pas les frottements de l’air pour ralentir la Lune. On en conclut ainsi que la Lune peut tourner autour de la Terre sans s’arrêter.



7 La Lune tourne autour de la Terre, car elle a une vitesse suffisante et qu’elle ne rencontre pas de matière qui

freine son mouvement.

Un pas vers le bilan

84

Thème 2

© Hachette Livre, Physique-Chimie 5e – Livre du professeur

L’interaction gravitationnelle est toujours présente à proximité de la Terre.

AC TIV ITÉ

3 Quelle action permet à un ballon de basket de rebondir ?

p. 85 du manuel

Vidéos et animations en lien avec l’activité Transfert d’énergie (doc. 3) Une vidéo en accès libre montre au ralenti l’impact d’une balle de tennis contre un obstacle et sa déformation. Cette vidéo, si elle n’est pas indispensable à la réalisation de l’activité, participe à la compréhension du transfert d’énergie qui permet au ballon de basket de rebondir. Prolongement Une vidéo en accès libre montre la chute de différents objets sur une surface molle (gélatine) puis sur une surface dure. Elle est indispensable pour réaliser le prolongement proposé. 1 Position

1

 : Main

Position

2

 : Ballon

Position

3

Terre

Ballon

Terre

 : Sol

Ballon

Terre

2 À proximité de la Terre, il faut toujours prendre en compte l’interaction gravitationnelle. 3 L’action du sol sur le ballon de basket lui permet de rebondir.

Un pas vers le bilan Une interaction est un ensemble de deux actions réciproques : si un objet A exerce une action mécanique sur un objet B, alors l’objet B exerce une action mécanique opposée sur l’objet A. A et B sont alors en interaction.

Prolongement

© Hachette Livre, Physique-Chimie 5e – Livre du professeur

• Lorsque l’objet est lâché, il possède de l’énergie potentielle de position. Plus la hauteur est élevée, plus cette énergie est grande (voir le module 6). Lors de sa chute vers le sol, la balle acquiert de l’énergie cinétique, due à l’augmentation de sa vitesse. Plus la vitesse est grande, plus cette énergie est grande. Au moment du choc, de l’énergie est transmise à la gélatine qui se déforme. Si une partie de cette énergie est restituée à l’objet, il peut rebondir ou bien se déformer ou se briser au sol sans rebondir. • Une action peut modifier le mouvement (trajectoire et vitesse) de l’objet ou le déformer (jusqu’à la rupture).

Module 5

85

AC TIV ITÉ

4 En rollers, pourquoi recule-t-on quand on pousse quelqu’un ?

p. 86 du manuel

Matériel • Siège à roulettes. • Paire de rollers (le professeur peut éventuellement remplacer les rollers par un deuxième siège à roulettes sur lequel le deuxième élève est assis, les deux sièges se situant alors l’un derrière l’autre). Commentaires sur la stratégie pédagogique proposée Deux démarches différentes sont proposées dans cette activité. En fonction de ses objectifs pédagogiques, l’enseignant pourra choisir une démarche ou une autre pour sa classe. Selon les besoins constatés par l’enseignant, la double démarche proposée lors de cette activité pourra aussi être l’occasion de mettre en œuvre une pédagogie différenciée. Démarche expérimentale 1 L’élève en rollers recule lorsqu’il pousse l’élève sur le siège à roulettes. 2 L’élève qui pousse et celui qui est poussé sont en interaction ; lorsque le premier agit sur le second, récipro-

quement, le second agit sur le premier. 3 La personne en rollers et la personne poussée sont en intéraction. La personne sur le siège pousse autant la

personne en rollers que la personne en rollers pousse celle sur le siège. Donc la personne en rollers recule.

Un pas vers le bilan Une interaction est un ensemble de deux actions qui s’exercent entre deux objets en contact ou non. Ces deux actions s’opposent : quand l’objet A agit sur l’objet B, l’objet B agit aussi en même temps sur l’objet A. C’est pourquoi on parle aussi d’actions réciproques.

Démarche de modélisation a

Personne qui pousse

Terre

Sol

Voiture

b L’action de la voiture sur la personne contribue à faire reculer la personne.

personne en rollers que la personne en rollers pousse celle sur le siège. Donc la personne en rollers recule.

Un pas vers le bilan Une interaction est un ensemble de deux actions qui s’exercent entre deux objets en contact ou non. Ces deux actions s’opposent : quand l’objet A agit sur l’objet B, l’objet B agit aussi en même temps sur l’objet A. C’est pourquoi on parle aussi d’actions réciproques.

86

Thème 2

© Hachette Livre, Physique-Chimie 5e – Livre du professeur

c La personne en rollers et la personne poussée sont en intéraction. La personne sur le siège pousse autant la

AC TIV ITÉ

5 Pourquoi un bateau flotte-t-il ?

p. 87 du manuel

Matériel • Balance. • Bécher 500 mL (1er protocole). • Bécher 250 mL (2nd protocole). • Petit agitateur en verre ou autre objet « léger » qui coule (au choix de l’enseignant). • Mini mortier en céramique ou autre objet « lourd » qui flotte (au choix de l’enseignant). • Eau. • Pâte à modeler. • Serviette. 1 a. Protocole :



• Mesurer la masse de chacun des objets choisis. • Verser l’eau dans un bécher de 500 mL. • Introduire chacun des objets dans le bécher. Observer.

Exemples d’observations avec un agitateur en verre et un petit mortier : • magitateur en verre = 1,8 g ; mmini mortier = 39,2 g • L’agitateur en verre coule. Le niveau de l’eau monte légèrement. • Le mini mortier flotte. Le niveau de l’eau monte d’environ 40 mL. Remarque : manipuler doucement pour ne pas mettre d’eau à l’intérieur du mortier. b. Dans la proposition IV d’Archimède, l’expression « plus léger » peut-être remplacée par « moins dense » : « Tout corps solide moins dense que le liquide… » 2 Exemples d’observations



Expérience réalisée avec 60 g de pâte à modeler du commerce : • La pâte à modeler sous la forme d’une boule coule et le niveau de l’eau monte d’environ 40 mL. • La pâte à modeler en forme de demi-sphère flotte et le niveau de l’eau monte d’environ 60 mL. 3 a. L’eau exerce sur le solide une action dirigée vers le haut. La Terre exerce sur le solide une action dirigée vers



le bas. b. L’action de l’eau sur le solide est répartie sur toute la surface du solide. C’est une action de contact. L’action de la Terre sur le solide est répartie. C’est une action à distance. 4 La pâte à modeler en forme de boule coule, alors que la pâte à modeler en forme de demi-sphère flotte.

© Hachette Livre, Physique-Chimie 5e – Livre du professeur



Donc, la pâte à modeler en forme de boule est moins repoussée vers le haut que celle en forme de demi-sphère. Or, le volume déplacé dans le premier cas est plus petit que le volume déplacé dans la deuxième expérience. On en déduit que plus un objet déplace de l'eau, plus il est repoussé vers le haut. Remarques : • Lorsque la pâte est en forme de boule et coule, alors le volume d’eau déplacé est égal au volume de la boule de pâte à modeler : la valeur de la poussée d’Archimède est inférieure à la valeur du poids. • Le volume d’eau déplacé est plus grand lorsque la pâte à modeler a la forme d’une demi-sphère. La valeur de la poussée d’Archimède est alors plus grande que précédemment. La demi-sphère s’enfonce jusqu’à ce que le volume immergé soit suffisant pour que la poussée d’Archimède soit égale à la valeur du poids. 5 Un bateau flotte, car l’action de l’eau qui le pousse vers le haut compense celle de la Terre qui l’attire vers le fond.

Un pas vers le bilan Exemple d’action localisée : action d’une main qui pousse une voiture pour la faire avancer. Exemple d’action répartie : action de l’eau sur la coque d’un bateau. Exemple d’action de contact : action d’une raquette qui frappe une balle. Exemple d’action à distance : action d’un aimant qui attire un trombone.

Module 5

87

AC TIV ITÉ

6 Comment une fusée décolle-t-elle ?

p. 88 et 89 du manuel

Matériel • 2 bouteilles de soda en plastique. • Eau. • 4 baguettes de bois. • Ruban adhésif. • Entonnoir. • Bouchon. • Pompe à vélo munie d’une aiguille (préférer une pompe qui repose au sol). • Ciseaux. • Clou. • Carton. Vidéos et animations en lien avec l’activité Fusée à eau (doc. 1) Une vidéo en accès libre montre la réalisation d’une fusée à eau et son lancement dans la cour. La vidéo n’est pas indispensable pour l’activité, mais permet de l’illustrer, surtout si l’expérience n’est pas réalisée. 1 Construction de la fusée



88

Thème 2

Remarques sur le choix du matériel : • utiliser des ciseaux à bouts pointus pour transpercer la bouteille ; on pourra aussi pré-percer la bouteille pour les élèves afin d’éviter les risques ; • utiliser un ruban adhésif à bande large (5 cm) ; • utiliser un carton suffisamment rigide pour la réalisation des ailettes de stabilisation de la fusée ; • pour faciliter la fixation des baguettes au corps de la fusée et qu’elles puissent supporter le poids de la fusée, privilégier des baguettes un peu large comme des bouts morceaux de bambou/roseau ou des baguettes asiatiques (la longueur des baguettes est d’environ 30 cm) ; • il est possible d’utiliser un bouchon en caoutchouc à la place d’un bouchon en liège : sa souplesse permettra une fermeture facilitée de la bouteille, tout en offrant une résistance adaptée à la pression pour la propulsion de la fusée ; • le clou utilisé doit pouvoir traverser le bouchon de part en part sur sa longueur : veiller à ne pas prendre un clou trop large pour que l’aiguille de gonflage puisse être bloquée dans le bouchon et résister à la pression de l’air injecté pendant le gonflage ; • préférer une pompe qui repose au sol : – la pompe qui repose au sol évitera le risque de déstabilisation de la fusée ; – la longueur du tuyau de gonflage limitera les éclaboussures lors de l’envol de la fusée. • Découper l’une des deux bouteilles comme sur le doc. 2, étape 1 ; on n’utilisera pas la base de la bouteille découpée. La deuxième bouteille doit rester intacte pour servir de « réservoir » à la fusée. • Découper les ailettes de la fusée dans le carton en réalisant quatre triangles rectangles isocèles. La longueur des côtés adjacents à l’angle droit doit être inférieure à la longueur de la partie centrale de la bouteille découpée d’environ 2 cm pour faciliter la fixation de ces ailettes. • Retourner la bouteille « réservoir » pour avoir le goulot dirigé vers le sol. • À l’aide du ruban adhésif, fixer solidement : – la partie centrale de la bouteille découpée autour du goulot de la bouteille réservoir ; – le haut de la bouteille découpée à la base de bouteille réservoir.

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Lors de ces assemblages, veiller à garder l’alignement de l’axe longitudinal de la bouteille. Il est possible de garder le bouchon sur le haut de la bouteille découpée. • À l’aide du ruban adhésif, fixer les 4 ailettes en carton sur la partie centrale de la bouteille découpée. L’angle droit doit se situer à la base de la partie centrale découpée, du côté du goulot de la bouteille réservoir. Veiller à bien positionner les ailettes chacune à 90° de celles qui l’entourent comme sur la vue axiale de la fusée représentée ci-contre. Fixer fermement les ailettes pour qu’elles soient bloquées le plus rigidement possible à la partie centrale découpée. • Fixer les baguettes le long des ailettes, de telle sorte qu’il reste un espace d’environ 15 cm entre le sol et le goulot de la bouteille « réservoir ». Là encore, fixer fermement les baguettes à l’aide du ruban adhésif sur toute la longueur possible. • Percer en son centre le bouchon de part en part sur son axe longitudinal avec le clou : – commencer par centrer le clou à la base du bouchon ; – puis commencer à le transpercer doucement sur quelques millimètres sur son axe longitudinal à la main ; – enfin, en posant la tête du clou sur une surface solide, appuyer sur le bouchon pour finir de le transpercer de part en part sur son axe longitudinal. • Glisser l’aiguille à gonfler dans le trou réalisé. La fusée est prête. Lancement de la fusée • Repérer une aire dégagée pour le lancement de la fusée. Prévoir un rayon de sécurité de quelques mètres. • Retourner la fusée, ogive vers le bas. • Insérer l’entonnoir dans le goulot de la bouteille « réservoir ». • Verser environ un quart de litre d’eau dans la bouteille « réservoir ». • Reboucher la bouteille « réservoir » avec le bouchon et son aiguille de gonflage, l’embout de l’aiguille vers l’extérieur. Selon l’embout de gonflage de la pompe, il peut être judicieux de raccorder celle-ci à l’aiguille de gonflage avant de poser la fusée au sol sur ses baguettes. • Actionner la pompe… La fusée décolle. Remarque : pour limiter l’étendue de la flaque d’eau au sol, on peut positionner la fusée dans une grande bassine. 2 Posée au sol, la fusée est en interaction avec le sol (interaction de contact) et la Terre (interaction à distance). 3 a. Les gaz sont compressibles.



b. Les liquides sont incompressibles et ils n’ont pas de forme propre. 4 L’action de l’eau sur la fusée fait décoller la fusée. 5 On parle de propulsion par réaction, car le décollage est basé sur le principe des actions réciproques : lorsqu'une



certaine quantité d’eau est éjectée violemment de la fusée, il se crée une action dans le sens opposé. D’où le terme de « réaction ». 6 Une fusée décolle grâce à l’action exercée par le fluide éjecté sur la fusée.

© Hachette Livre, Physique-Chimie 5e – Livre du professeur

Un pas vers le bilan Une interaction est un ensemble de deux actions réciproques : si un objet A exerce une action mécanique sur un objet B, alors l’objet B exerce une action mécanique opposée sur l’objet A ; A et B sont alors en interaction. Exemples : • Interaction entre la Terre et la Lune : la Terre exerce une action sur la Lune et la Lune exerce une action opposée sur la Terre. • Interaction entre une table et un livre posé sur cette table : le livre exerce une action sur la table et la table exerce une action opposée sur le livre.

Module 5

89

EX ER CI CE S

Prendre un bon départ Les actions et les interactions QCM

p. 91 et 92 du manuel

11  Schématiser un diagramme objet-interaction Photo A Planche à voile

1  b. et c. 2  a. et c. 3  a. et c. Eau

4  a. et c. 5  a. et c.

Air

Terre

Photo B

6  a. et b.

Planche à voile

7  Comprendre un événement Une vidéo en accès libre pour les élèves montre au ralenti la déformation de la balle de tennis et de la raquette lors d’un contact.

Air

• L’action de la balle sur la raquette déforme la raquette. • L’action de la raquette sur la balle déforme la balle.

Terre

L’interaction gravitationnelle QCM

9  Déterminer l’effet d’une action Photo A : L’action exercée par l’archer sur la corde avant le tir déforme la corde. Photo B : L’action exercée par la corde sur la flèche au moment du lâcher de la corde met la flèche en mouvement. 10  Choisir un diagramme objet-interaction Le diagramme objet-interaction B est celui dans lequel est engagé le chien, car le chien n’est pas en interaction avec l’homme, mais avec la laisse.

90

Thème 2

12  a. et c. 13  a. et b. 14  Définir l’interaction gravitationnelle L’interaction gravitationnelle est l’interaction attractive qui s’exerce à distance entre deux objets. Exemples : • Le Soleil et la Terre sont en interaction gravitationnelle. • Un avion est en interaction gravitationnelle avec la Terre. • Un chat est en interaction gravitationnelle avec la Terre. 15  Identifier des interactions 1. Le parachutiste descend, car la Terre exerce une action sur lui. 2. Cette action appartient à l’interaction gravitationnelle entre le parachutiste et la Terre. © Hachette Livre, Physique-Chimie 5e – Livre du professeur

8  Identifier une action • Photo A. L’action des mains du goal sur le ballon explique l’arrêt du ballon de football. • Photo B. L’action de la Terre qui attire la skieuse explique son accélération. • Photo C. L’action de la tête du footballeur sur le ballon explique le changement de direction du ballon. • Photo D. L’action du perchiste sur la perche explique la déformation de la perche.

EX ER CI CE S

Se perfectionner 16  Science ou magie ?

21  Gravity

Une vidéo en accès libre pour les élèves illustre cet exercice.

Une vidéo en accès libre montre l’utilisation d’un dispositif de manœuvre dans l’espace.

1. Les deux actions exercées sur la boule de métal sont : • l’action de la Terre sur la boule en métal ; • l’action de la base magnétique sur la boule en métal. 2. Ces deux actions sont des actions à distance. 3. Si le socle perd ses propriétés magnétiques, alors la boule en métal chutera vers la Terre.

1. L’astronaute doit éjecter du gaz vers la gauche pour aller vers la droite. 2. L’astronaute, solidaire du dispositif de manœuvre, est en interaction avec le gaz éjecté : quand le dispositif de manœuvre éjecte du gaz, il exerce une action sur le gaz, et en même temps le gaz exerce une action sur le dispositif de manœuvre dans le sens opposé.

17  Balle de squash 1.

22  Ils sont fous ces Romains 1. Quand Astérix frappe le Romain au visage : Romain

Balle

Mur

Astérix

Terre

2. L’action du mur sur la balle permet à cette dernière de rebondir.

19  En escalade 1. Grimpeuse

Paroi rocheuse

Terre

Corde

2. L’action de la main (les doigts) de la grimpeuse sur la paroi rocheuse et l’action de la corde sur la grimpeuse expliquent qu’elle ne tombe pas.

Sol

Terre

Quand le Romain est en l’air après le choc : Romain

18  Nage L’action exercée par l’eau sur le nageur le propulse.

© Hachette Livre, Physique-Chimie 5e – Livre du professeur

p. 93 à 95 du manuel

Terre 2. Lorsqu’Astérix frappe le Romain au visage, il est soumis à : • l’action du poing d’Astérix ; • l’action du sol ; • l’action de la Terre. Lorsque le Romain est en l’air après le choc, il est soumis à : • l’action de la Terre. 3. Quand il frappe le Romain, Astérix est soumis à : • l’action du visage du Romain sur son poing ; • l’action du sol ; • l’action de la Terre.

23  Un crash test

20  Le lancer d’orange 1. Homme

Une vidéo en accès libre pour les élèves montre un crash test de voiture. 1.

Orange

Sol

Voiture

Terre

2. Quand l’homme lance une orange, il exerce une action sur celle-ci. Mais étant en interaction avec l’orange, celle-ci exerce aussi une action sur l’homme. L’homme étant sur patins à roulettes, il part dans la direction opposée à son lancer.

Mur

Sol

Terre

2. L’action du mur sur la voiture permet d’expliquer sa déformation. Module 5

91

EX ER CI CE S 24  Le putt de golf Les images 1 et 3 sont associées au diagramme objet-interaction B, car dans les deux cas, le club de golf n’est pas au contact de la balle. L’image 2 est associée au diagramme objet-interaction A, car le club frappe la balle de golf. 25  Arrête ton char ! 1. Le char est soumis à l’action de la Terre : le char et la Terre sont en interaction gravitationnelle. 2. L’action de la Terre sur le char modifie son mouvement. 26  Au judo 1. Pour les deux photos A et B : Judoka kimono blanc

Tapis de sol

Terre

Judoka kimono bleu

Terre

Pour la photo B : Judoka kimono bleu

Judoka kimono blanc

Tapis de sol

Terre

3. Les diagrammes objet-interaction sont identiques pour la photo B.

27  Patinage artistique 1. La patineuse est engagée dans deux interactions : • l’interaction gravitationnelle avec la Terre ; • l’interaction avec son partenaire. 2. Si le patineur lâche sa partenaire, le mouvement de la patineuse sera modifié, car elle ne sera plus soumise qu’à la seule interaction gravitationnelle. 28  Heave-ho! Traduction : Ho Hisse ! L’haltérophilie est un sport dans lequel l’athlète essaie de soulever une barre chargée de « poids ». 92

Thème 2

Sol

Terre

Tâche complexe 29  Graviton: un super-vilain Question posée : Décrire les effets du pouvoir de Graviton sur lui-même et sur les objets qui l’entourent.

1re étape : Bien comprendre la question posée 1. Qui est Graviton ? 2. Quel pouvoir possède-t-il ? 2e étape : Lire et comprendre les documents 1. Graviton est l’ennemi des Avengers ; une explosion a lié ses cellules à des gravitons (doc. 1). Les gravitons seraient des particules qui transmettent l’interaction gravitationnelle entre deux corps (doc. 2). 2. Graviton possède le pouvoir de contrôler les gravitons et ainsi de parvenir à inverser le sens de l’interaction gravitationnelle (doc. 2). 3e étape : Dégager la problématique Que peut faire Graviton en contrôlant l’interaction gravitationnelle ?

2. Pour la photo A :

Judoka kimono blanc

Haltérophile

4e étape : Construire la réponse • Définir l’interaction gravitationnelle. • Préciser les effets de l’interaction gravitationnelle. • Expliquer les effets d’une modification de l’interaction gravitationnelle. 5e étape : Rédiger la réponse en trois paragraphes • Présenter le contexte et introduire la problématique. Graviton est un super-vilain. Son contrôle des gravitons, particules médiatrices de l’interaction gravitationnelle, lui donne des pouvoirs immenses. Que peut faire Graviton en contrôlant l’interaction gravitationnelle ? • Mettre en forme la réponse. L’interaction gravitationnelle est une interaction conduisant à l’attraction de corps entre eux. Les objets s’attirent mutuellement. Tout objet en interaction gravitationnelle avec la Terre est attiré vers le bas. En contrôlant l’interaction gravitationnelle, Graviton pourrait : • ne plus être attiré par la Terre et léviter ; • soulever facilement des objets très lourds, les déplacer ou au contraire les écraser au sol. • Conclure et introduire, quand c’est possible, une part d’esprit critique. Une personne comme Graviton, qui possèderait le pouvoir d’inverser le sens de l’interaction gravitationnelle serait donc en capacité d’affecter largement notre monde. Mais ceci reste du domaine de la science-fiction. Grille d’évaluation en fin de module.

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Judoka kimono bleu

Haltère

EX ER CI CE S

Accompagnement personnalisé 30  À chacun son rythme • Corrigé de l’énoncé détaillé 1. « L’objet » que l’on étudie est la joggeuse. 2. et 3. Les « objets » présents dans l’environnement de la joggeuse sont : • le sol ; • l’air ; • la Terre. Coureuse 1

Air

2

3

Sol

Terre

4.

1  : Action de l’air sur la coureuse.  : Action du Sol sur la coureuse. 3  : Action de la Terre sur la coureuse. 2

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31  Rédiger un compte rendu 1. Étape 1 : Les deux aimants, portés chacun par un chariot mobile, ont leurs pôles nord qui se font face. Ils sont maintenus par un fil. Étape 2 : Le fil est coupé. Étape 3 : Les deux aimants portés par des chariots s’éloignent l’un de l‘autre. 2. a. Les deux pôles nord des aimants sont face à face donc l’aimant n° 1 repousse l’aimant n° 2 et l’aimant n° 2 repousse l’aimant n° 1. b. Comme l’aimant n° 1 repousse l’aimant n° 2 et l’aimant n° 2 repousse l’aimant n° 1 alors les deux chariots s’éloignent l’un de l’autre. 32  Analyser sa production 1. Le nageur exerce sur le mur une action dirigée vers la gauche de l’image. 2. Le nageur et le mur sont en interaction, ils exercent donc l’un sur l’autre des actions opposées. Le mur exerce donc sur le nageur une action dirigée vers la droite de l’image. 3. L’action du mur sur le nageur propulse le nageur vers la droite de l’image. 4. Le nageur parvient à faire la culbute en exerçant une action sur le mur. Le principe des actions réciproques (interaction) impose que le mur agisse sur le nageur avec une action de sens opposé à celle du nageur sur le mur. Comme le nageur exerce une action vers le mur, le mur exerce une action vers le nageur et propulse donc le nageur. 33  Pour aller plus loin 1. • L’action qui pousse l’avion à hélice vers l’avant est l’action de l’air sur l’hélice. • L’action qui pousse la fusée vers l’avant est l’action des gaz éjectés sur la fusée.

p. 93 à 95 du manuel

2. Le principe commun sur lequel repose le système de propulsion de l’avion et de la fusée est le principe des actions réciproques (interaction). 3. Pour qu’un avion à hélice puisse se déplacer, il faut que l’hélice soit en interaction avec l’air (doc. 1). Dans l’espace, il n’y a quasiment pas de matière (doc. 3) donc l’avion à hélice ne peut pas voler dans l’espace.

34  Utiliser le vocabulaire Exemples de phrases possibles : • La danseuse de GRS est en interaction avec la Terre : elle est donc soumise à une action à distance l’attirant au sol. Cette action est répartie. • La danseuse de GRS maintient en équilibre la balle sur son doigt avec une action de contact. Cette action est localisée au point de contact avec le ballon. 35  À chacun son rythme – Le calmar Une vidéo en accès libre illustre le déplacement des calmars.

Tâche complexe • Corrigé de l’énoncé compact Question posée : Comment un calmar se propulse-t-il dans l’eau ?

1re étape : Bien comprendre la question posée 1. Qu’est-ce qu’un calmar ? 2. Possède-t-il une particularité physique qui lui permette d’avancer différemment des poissons ? 2e étape : Lire et comprendre les documents 1. Un calmar est un animal marin au corps allongé et garni de tentacules (photographie). 2. Le calmar possède deux nageoires sur les flancs qui servent aux déplacements lents (doc.). Pour les déplacements rapides, une enveloppe constituée de muscles (manteau) se dilate pour aspirer de l’eau puis se contracte pour la chasser brusquement par un siphon (doc.). L’orientation du jet permet des déplacements très précis (doc.). 3e étape : Dégager la problématique Sur quel principe scientifique repose le déplacement du calmar dans l’eau ? 4e étape : Construire la réponse • Détailler la constitution du calmar. • Déterminer les interactions dans lesquelles est engagé le calmar lorsqu’il se propulse.

Module 5

93

EX ER CI CE S • Préciser, en termes d’interaction, le rôle de l’eau dans ces déplacements lents et dans ses déplacements rapides. • Expliciter le rôle de l’orientation du jet d’eau dans les déplacements latéraux. 5e étape : Rédiger la réponse en trois paragraphes • Présenter le contexte et introduire la problématique. Le calmar est un animal marin dont le système de propulsion ne dépend pas que de nageoires. Un dispositif supplémentaire constitué d’un siphon aspirant et éjectant de l’eau de mer lui permet de se propulser. Sur quel principe scientifique repose le déplacement du calmar dans l’eau ? • Mettre en forme la réponse. Dans le cadre des déplacements lents du calmar, les nageoires et l’eau sont en interaction : les nageoires exercent une action sur l’eau de mer et poussent cette eau en arrière. Une action de l’eau s’applique alors sur les nageoires, qui pousse le calmar vers l’avant. Dans le cadre des déplacements rapides du calmar, le calmar et l’eau de mer éjectée par le siphon du calmar sont en interaction. Le calmar, par l’intermédiaire de son siphon, éjecte de l’eau vers l’arrière. Une action de l’eau éjectée s’applique alors sur le calmar qui est poussé vers l’avant. L’orientation du jet d’eau éjecté par le siphon permet d’orienter la trajectoire du calmar. Par exemple, si l’eau est éjectée vers la gauche, le calmar se dirige vers la droite. • Conclure et introduire, quand c’est possible, une part d’esprit critique. Que ce soit pour des déplacements lents ou pour des déplacements rapides, le déplacement des calmars dépend de son interaction avec l’eau de mer. Pour des déplacements lents, les nageoires du calmar et l’eau de mer sont en interaction. Pour des déplacements rapides, l’eau de mer éjectée et le calmar sont en interaction.

• Corrigé de l’énoncé détaillé 1. Calmar

Eau de mer

Eau éjectée par le siphon

Terre

2. L’interaction entre le calmar et l’eau éjectée par son siphon permet au calmar de se déplacer. 3. Le principe des actions réciproques (interaction) explique que si le calmar souhaite se déplacer vers la gauche, il doit éjecter l’eau du siphon vers la droite. 4. Que ce soit pour des déplacements lents ou pour des déplacements rapides, le déplacement du calmar dépend de son interaction avec l’eau de mer. Pour des déplacements lents, les nageoires du calmar et l’eau de mer sont en interaction. Pour des déplacements rapides, l’eau de mer éjectée et le calmar sont en interaction. L’eau agit sur le calmar dans les deux cas.

94

Thème 2

© Hachette Livre, Physique-Chimie 5e – Livre du professeur

Grille d’évaluation en fin de module.

CO M PL ÉM EN T Grille d’évaluation par compétence d’une tâche complexe 29 Graviton : un super-vilain Classe : �������������������������� Nom de l’élève : ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� Domaines du socle

D1.1 Langue française à l’oral et à l’écrit

MI

Capacités attendues

MF MS TBM Compétences

Pratiquer des langages.

Lire et comprendre des documents.

Critères de réussite permettant ­d’attribuer le niveau de maîtrise « TBM » L’élève a su trouver les informations pertinentes lui permettant de répondre aux questions qu’il a posées dans la première étape. Par exemple : Graviton est l’ennemi des Avengers ; une explosion a lié ses cellules à des gravitons (doc. 1). Les gravitons seraient des particules qui transmettent l’interaction gravitationnelle entre deux corps (doc. 2). Graviton possède le pouvoir de contrôler les gravitons et ainsi de parvenir à inverser le sens de l’interaction gravitationnelle (doc. 2).

Le problème est formulé en termes scientifiques. Identifier des questions Par exemple : de nature scientifique. Que peut faire Graviton en contrôlant l’interaction gravitationnelle ? D4 Les systèmes naturels et les systèmes techniques

© Hachette Livre, Physique-Chimie 5e – Livre du professeur

D1.3 Langages mathématiques scientifiques et informatiques

D1.1 Langue française à l’oral et à l’écrit

Pratiquer des démarches scientifiques.

Pratiquer des langages.

Pratiquer des langages.

Mettre en œuvre des démarches propres aux sciences.

La stratégie est détaillée et correcte. L’élève doit revenir sur la problématique. Par exemple : • Définir l’interaction gravitationnelle. • Préciser les effets de l’interaction gravitationnelle. • Expliquer les effets qu’impliquerait la modification de l’interaction gravitationnelle. • Conclure en revenant sur la problématique.

Les informations issues des documents sont interprétées correctement. Passer d’une forme de langage scientifique • Compréhension du rôle du graviton. • Compréhension des pouvoirs de à une autre. Graviton sur les gravitons. Utiliser la langue française en cultivant précision, richesse de vocabulaire et syntaxe pour rendre compte des observations, expériences, hypothèses et conclusions.

La consigne est reformulée dans un langage scientifique. Les phrases sont concises ; il n’y a pas de paraphrase des documents ; les connecteurs logiques sont correctement employés. Le vocabulaire employé est adapté, rigoureux et scientifique. Les documents sont cités pour appuyer l’argumentaire. L’élève doit discuter la valeur et revenir sur la problématique

Fichier modifiable disponible dans le manuel numérique.

Module 5

95

CO M PL ÉM EN T Grille d’évaluation par compétence d’une tâche complexe 35 À chacun son rythme – Le calmar Classe : �������������������������� Nom de l’élève : ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� Domaines du socle

D1.1 Langue française à l’oral et à l’écrit

MI

Capacités attendues

MF MS TBM Compétences

Pratiquer des langages.

Lire et comprendre des documents.

Critères de réussite permettant ­d’attribuer le niveau de maîtrise « TBM » L’élève a su trouver les informations pertinentes lui permettant de répondre aux questions qu’il a posées dans la première étape. Par exemple : Un calmar est un animal marin au corps allongé et garni de tentacules (photographie). Le calmar possède deux nageoires sur les flancs qui servent aux déplacements lents (doc.). Pour les déplacements rapides, une enveloppe constituée de muscles (manteau) se dilate pour aspirer de l’eau puis se contracte pour la chasser brusquement par un siphon (doc.). L’orientation du jet permet des déplacements très précis (doc.).

Le problème est formulé en termes scientifiques. Identifier des questions Par exemple : de nature scientifique. Sur quel principe scientifique repose le déplacement du calmar dans l’eau ?

D1.3 Langages mathématiques scientifiques et informatiques

D1.1 Langue française à l’oral et à l’écrit

Pratiquer des démarches scientifiques.

Pratiquer des langages.

Pratiquer des langages.

Mettre en œuvre des démarches propres aux sciences.

Les informations issues des documents sont interprétées correctement. Passer d’une forme de langage scientifique Identification des interactions dans lesquelles est engagé le calmar. à une autre.

Utiliser la langue française en cultivant précision, richesse de vocabulaire et syntaxe pour rendre compte des observations, expériences, hypothèses et conclusions.

Fichier modifiable disponible dans le manuel numérique.

96

Thème 2

La stratégie est détaillée et correcte. L’élève doit revenir sur la problématique. Par exemple : • Détailler la constitution du calmar. • Déterminer les interactions dans lesquelles est engagé le calmar. • Préciser, en termes d’interaction, le rôle de l’eau dans ces déplacements lents et dans ses déplacements rapides. • Expliciter le rôle de l'orientation du jet d'eau dans les déplacements latéraux. • Conclure en revenant sur la problématique.

La consigne est reformulée dans un langage scientifique. Les phrases sont concises ; il n’y a pas de paraphrase des documents ; les connecteurs logiques sont correctement employés. Le vocabulaire employé est adapté, rigoureux et scientifique. Les documents sont cités pour appuyer l’argumentaire. L’élève doit discuter la valeur et revenir sur la problématique

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D4 Les systèmes naturels et les systèmes techniques

MO DU LE

6

L’énergie

Programme du cycle 4 L’énergie et ses conversions Attendus de fin de cycle • Identifier les sources, les transferts, les conversions et les formes d’énergie. • Utiliser la conservation de l’énergie.

Connaissances et compétences associées Exemples de situations, d’activités et d’outils pour l’élève Identifier les sources, les transferts, les conversions et les formes d’énergie Utiliser la conservation de l’énergie Les supports d’enseignement gagnent à relever de systèmes Identifier les différentes formes d’énergie. 2 1 • Cinétique (relation Ec = mv ), potentielle (dépendant de la ou de situations de la vie courante. 2 position), thermique, électrique, chimique, nucléaire, lumineuse. Les activités proposées permettent de souligner que toutes les formes d’énergie ne sont pas équivalentes ni également Identifier les sources, les transferts et les conversions d’énergie. utilisables. Établir un bilan énergétique pour un système simple. • Sources. Ce thème permet d’aborder un vocabulaire scientifique visant • Transferts. à clarifier les termes souvent rencontrés dans la vie courante : • Conversion d’un type d’énergie en un autre. chaleur, production, pertes, consommation, gaspillage, économie • Conservation de l’énergie. d’énergie, énergies renouvelables. • Unités d’énergie. Utiliser la relation liant puissance, énergie et durée. • Notion de puissance.

Rappel du programme du cycle 3 Matière, mouvement, énergie, information Exemples de situations, d’activités et de ressources pour l’élève Identifier différentes sources et connaître quelques conversions d’énergie

Identifier des sources et des formes d’énergie. L’énergie associée à un objet en mouvement apparait comme • L’énergie existe sous différentes formes (énergie associée une forme d’énergie facile à percevoir par l’élève, et comme à un objet en mouvement, énergie thermique, électrique…). pouvant se convertir en énergie thermique. Le professeur peut privilégier la mise en œuvre de dispositifs Prendre conscience que l’être humain a besoin d’énergie pour expérimentaux analysés sous leurs aspects énergétiques : vivre, se chauffer, se déplacer, s’éclairer… éolienne, circuit électrique simple, dispositif de freinage, moulin Reconnaitre les situations où l’énergie est stockée, transformée, à eau, objet technique… utilisée. • La fabrication et le fonctionnement d’un objet technique néces- On prend appui sur des exemples simples (vélo qui freine, objets sitent de l’énergie. du quotidien, l’être humain lui-même) en introduisant les formes d’énergie mobilisées et les différentes consommations (par • Exemples de sources d’énergie utilisées par   les êtres exemple : énergie thermique, énergie associée au mouvement humains : charbon, pétrole, bois, uranium, aliments, vent, Soleil, d’un objet, énergie électrique, énergie associée à une réaction chimique, énergie lumineuse…). eau et barrage, pile… • Notion d’énergie renouvelable. Exemples de consommation domestique (chauffage, lumière, ordinateur, transports). Identifier quelques éléments d’une chaine d’énergie domestique simple. • Quelques dispositifs visant à économiser la consommation d’énergie.

98

Thème 3

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Connaissances et compétences associées

Progression curriculaire retenue dans les manuels Identifier les sources, les transferts, les conversions et les formes d’énergie Utiliser la conservation de l’énergie

Identifier les différentes formes d’énergie. Cinétique, potentielle (dépendant de la position), thermique, électrique, chimique, nucléaire, lumineuse

Identifier les différentes formes d’énergie. Identifier les différentes formes d’énergie. Cinétique, potentielle (dépendant de la Cinétique (relation Ec = 1 mv2), potentielle 2 position), thermique, électrique, chimique, (dépendant de la position), thermique, nucléaire, lumineuse électrique, chimique, nucléaire, lumineuse.

Identifier les sources, les transferts et les Identifier les sources, les transferts et les conversions d’énergie. conversions d’énergie. Établir un bilan énergétique pour un système simple.

Identifier les sources, les transferts et les conversions d’énergie. Établir un bilan énergétique pour un système simple.

Sources. Sources. Sources. Transferts. Transferts. Transferts. Conversion d’un type d’énergie en un Conversion d’un type d’énergie en un Conversion d’un type d’énergie en un autre. autre. autre. Conservation de l’énergie. Conservation de l’énergie. Unités d’énergie. Unités d’énergie. Utiliser la relation liant puissance, énergie et durée. Notion de puissance.

Notion de puissance.

Notion de puissance.

Grille d’évaluation des attendus de fin de cycle Classe : ������������������������������������������������� Nom de l’élève : ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������ Attendus de fin de cycle : • Identifier les sources, les transferts, les conversions et les formes d’énergie. • Utiliser la conservation de l’énergie.

MI : maîtrise insuffisante MF : maîtrise fragile MS : maîtrise satisfaisante TBM : très bonne maîtrise

MI Identifier les différentes formes d’énergie. Identifier les sources d’énergie. Identifier les transferts et les conversions d’énergie. Connaître la notion de puissance.

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Identifier les différentes formes d’énergie

MF

MS

Activités TBM 1, 2, 3 2, 4 1, 2, 3 4 1, 2, 3, 4

Identifier les transferts et les conversions d’énergie.

1, 2, 3, 4, 5

Établir un bilan énergétique pour un système simple.

4, 5

Connaître et savoir utiliser la relation Ec = 1 mv2. 2

1, 2

Identifier les transferts et les conversions d’énergie.

1, 2

Utiliser la relation liant puissance, énergie et durée.

5

Fichier modifiable dans le manuel numérique.

Module 6

99

AC TIV ITÉ

1 Pourquoi la plupart des barrages sont-ils situés en hauteur ?

p. 101 du manuel

Matériel • Dispositif modélisant une centrale hydroélectrique : roue à aubes reliée à un alternateur. Plusieurs hauteurs de chute sont possibles. • Voltmètre • Fils de connexion Vidéos et animations en lien avec l’activité • Centrale hydraulique Une vidéo en accès libre pour les élèves montre le fonctionnement d’une centrale hydraulique. • Modélisation d’une centrale hydraulique (doc. 1) Une vidéo en accès libre pour les élèves présente le matériel puis permet d’observer l’influence de la hauteur de chute sur la tension délivrée par l’alternateur. Plus la tension obtenue est élevée, plus la production d’énergie électrique est importante. Si l’expérience n’est pas réalisée en classe, cette vidéo permet à l’élève de poursuivre l’activité. • Fonctionnement d’un alternateur (doc. 2) Une vidéo présente le matériel aux élèves. La vidéo complète est disponible dans le manuel numérique du professeur. Si l’expérience n’est pas réalisée en classe, cette vidéo permet à l’élève de poursuivre l’activité. Compléments L’alternateur et le dispositif de modélisation d’une centrale hydrauliques utilisés sont commercialisés par la société Jeulin. Commentaires sur la stratégie pédagogique proposée À ce stade, la tension n’a pas été abordée dans le module 6, le voltmètre sert alors uniquement de témoin de ce que l’on peut alors qualifier de « plus ou moins grande production d’électricité ». Cette activité aborde deux formes d’énergies (potentielle de position et électrique) et la conversion d’une forme d’énergie en une autre forme. Elle permet de montrer que plus la hauteur de la chute d’eau est importante et plus la « production d’électricité » est importante. 1 Les trois vidéos disponibles dans le doc. 1 permettent de schématiser le

Chute d’eau

2 Réaliser un circuit électrique avec l’alternateur en mouvement et observer

Roue à aubes

dispositif.

l’état de la lampe. Alternateur

3 L’alternateur convertit de l’énergie cinétique en énergie électrique.

Il y a aussi conversion en énergie thermique mais cela ne nous semble pas exigible en début de cycle. 4 L’eau immobile dans un barrage situé en hauteur contient de l’énergie poten-

V Voltmètre

tielle de position. 5 Les barrages sont situés en hauteur pour que l’eau possède de l’énergie potentielle. 6 Plus l’eau chute d’une grande hauteur, plus la production d’énergie électrique est importante. 7 L’eau convertit son énergie potentielle de position en énergie cinétique. Plus la hauteur est importante, plus

l’énergie cinétique sera grande et plus il y aura de production d’énergie électrique.

Un pas vers le bilan Au cours de la chute, il y a conversion de l’énergie potentielle de position en énergie cinétique. 100

Thème 3

© Hachette Livre, Physique-Chimie 5e – Livre du professeur



AC TIV ITÉ

2 D’où provient l’électricité que nous utilisons ?

p. 102 du manuel

Vidéos et animations en lien avec l’activité Sept vidéos en accès libre pour les élèves présentent les différentes sources d’énergies utilisées pour produire de l’énergie électrique et les centrales de production qui leur sont associées. Centrale thermique – Centrale éolienne – Centrale nucléaire – Centrale biomasse – Centrale solaire – Centrale géothermique – Centrale hydraulique Ces vidéos ne sont pas indispensables à l’activité mais illustrent les différents types de centrales. Commentaires sur la stratégie pédagogique proposée Nous avons choisi une activité documentaire sur les principaux convertisseurs en fonctionnement aujourd’hui. Cela permet de revoir les sources renouvelables et les sources non renouvelables qui ont été étudiées au cycle 3. La notion de conversion d’énergie est présentée à l’aide d’une chaîne énergétique simple déjà vue au cycle 3.

1

Sources renouvelables

Sources non renouvelables

SOURCE ÉOLIENNE SOURCE BIOMASSE SOURCE HYDRAULIQUE SOURCE SOLAIRE SOURCE GÉOTHERMIQUE 2

SOURCE FOSSILE SOURCE NUCLÉAIRE

Sources d’énergie

Formes d’énergies

SOURCE ÉOLIENNE SOURCE BIOMASSE SOURCE HYDRAULIQUE SOURCE SOLAIRE SOURCE GÉOTHERMIQUE SOURCE FOSSILE SOURCE NUCLÉAIRE

Énergie cinétique de l’air en mouvement Énergie chimique des végétaux Énergie cinétique de l’eau en mouvement Énergie lumineuse Énergie thermique Énergie chimique Énergie nucléaire

3 L’énergie électrique que nous utilisons provient de plusieurs sources, certaines sont renouvelables, d’autres



ne le sont pas : – les sources non renouvelables utilisées sont les sources fossiles et nucléaires ; – les sources renouvelables utilisées sont les sources éolienne, biomasse, solaire et géothermique.

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Un pas vers le bilan Les trois convertisseurs choisis sont la centrale biomasse, la centrale nucléaire et la centrale hydraulique. Les chaînes énergétiques présentent les formes d’énergie converties.

Énergie exploitée

Énergie chimique

Énergie exploitée

Énergie nucléaire

Énergie exploitée

Énergie cinétique de l’eau

Convertisseur Centrale biomasse Convertisseur Centrale nucléaire Convertisseur Centrale hydraulique

Énergie utile

Énergie électrique

Énergie utile

Énergie électrique

Énergie utile

Énergie électrique

Module 6

101

AC TIV ITÉ

3 Comment une spirale magique fonctionne-t-elle ?

p. 104 du manuel

Matériel • Feuille de papier avec la spirale à découper (patron à télécharger, voir Compléments ci-dessous) • Fil à coudre • Bougie chauffe-plat et allumettes • Potence, noix, tige ou dispositif équivalent Vidéos et animations en lien avec l’activité • Spirale magique Une vidéo présente le matériel aux élèves. La vidéo complète est disponible dans le manuel numérique du professeur. Si l’expérience n’est pas réalisée en classe, cette vidéo permet à l’élève de poursuivre l’activité. Compléments Un plan de construction de spirale est disponible dans le manuel numérique. Le fil de suspension doit être suffisamment long pour qu’il puisse se vriller lors de l’expérience. Il faut tout de même garder une distance suffisante entre la flamme et la bougie. Commentaires sur la stratégie pédagogique proposée La spirale est un objet très simple à fabriquer. Lorsqu’elle fonctionne, cela permet à l’élève de mener une réflexion sur les transferts et conversions d’énergie à partir d’un objet concret et pas seulement à partir de modèles nécessairement plus abstraits. 1 Lorsque la spirale est au-dessus de la bougie enflammée, elle se met à tourner. 2 Dans la flamme d’une bougie, l’énergie chimique de la bougie est convertie en énergie thermique et énergie

lumineuse. 3 De l’énergie thermique est transférée de la flamme de la bougie à l’air. 4 L’air en mouvement possède de l’énergie cinétique qu’il transfère à la bougie qui se met en mouvement. 5 L’énergie chimique de la bougie est convertie en énergies lumineuse et thermique. L’énergie thermique de la

flamme est transférée à l’air. L’énergie thermique de l’air est convertie en énergie cinétique de l’air. Cette énergie cinétique de l’air est transférée à la spirale qui se met en mouvement.



Lors d’une conversion d’énergie, on passe d’une forme d’énergie à une autre. Lors d’un transfert d’énergie, la même forme d’énergie passe d’un objet à un autre.

102

Thème 3

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Un pas vers le bilan

AC TIV ITÉ

4 A-t-on toujours utilisé les mêmes sources d’énergie ?

p. 105 du manuel

Matériel • Deux bouilloires de puissances différentes • Grande éprouvette (250 mL ou 500 mL) • Deux grands béchers Vidéos et animations en lien avec l’activité • Sources d’énergie L’animation en accès libre pour les élèves est nécessaire pour réaliser cette activité. Elle présente les sources d’énergies utilisées au cours de l’histoire. Néanmoins, il est possible de proposer aux élèves des fiches comme celles présentées ci-dessous. • Puissance d’un convertisseur Une vidéo montre deux bouilloires de puissances différentes chauffant une même quantité d’eau jusqu’à ébullition. Elle présente le matériel aux élèves. La vidéo complète est disponible dans le manuel numérique du professeur. Si l’expérience n’est pas réalisée en classe, cette vidéo permet à l’élève de poursuivre l’activité. Compléments Des tableaux à compléter sont téléchargeables dans le manuel numérique. Commentaires sur la stratégie pédagogique proposée Cette activité documentaire montre à l’élève que depuis toujours l’homme a exploité différentes formes d’énergie. Elle montre également que les sources d’énergie exploitées ont évolué au cours du temps. Nous avons choisi de présenter la notion de puissance par la capacité d’un convertisseur à convertir l’énergie rapidement. L’expérience d’ébullition de l’eau avec deux bouilloires de puissances différentes permet d’illustrer cette notion. Il peut être intéressant de faire travailler les élèves par groupe sur une ou deux périodes de l’histoire et ensuite d’échanger les résultats de l’activité. 1 Les tableaux vierges peuvent être fournis aux élèves, ils sont disponibles dans le manuel numérique. Les



© Hachette Livre, Physique-Chimie 5e – Livre du professeur



textes apparaissant dans l’animation sont les suivants : La Préhistoire • Feu de bois Maîtrisé depuis 500 000 ans, le feu a permis à l’homme de se chauffer, de s’éclairer et de se protéger des animaux. L’énergie chimique stockée dans la biomasse (végétaux) est convertie en énergie lumineuse et énergie thermique. • Cueillette Ce personnage se déplace et cueille des fruits grâce à l’énergie chimique stockée dans ses muscles. Les fruits comme tous les aliments contiennent de l’énergie chimique que les muscles du personnage vont stocker. • Chasse Ce chasseur vient de tuer un animal avec sa lance. C’est l’énergie chimique contenue dans ses muscles qui a permis cela. Lors d’un travail physique, un homme peut fournir une puissance de 500 watts environ.

Module 6

103

Le Moyen-Âge • Mouture du blé : le moulin à vent L’énergie cinétique de l’air (vent) met une meule de pierre en mouvement. Cette meule permet de moudre le blé pour fabriquer de la farine. • Mouture du blé : le moulin à eau L’énergie cinétique de l’eau met une meule de pierre en mouvement. Cette meule permet de moudre le blé pour fabriquer de la farine. • Travaux agricoles L’énergie chimique contenue dans les muscles des animaux permet au laboureur de travailler rapidement. Un bœuf lors d’un labour fournit une puissance de 4000 watts environ. • Navigation à voile L’énergie cinétique de l’air (vent) fait avancer le bateau. Le commerce par voie fluviale se développe.

Aujourd’hui • Navigation maritime Les bateaux ne sont plus équipés de machines à vapeur mais de moteurs qui convertissent l’énergie chimique du pétrole en énergie cinétique. Ils sont de plus en plus puissants. D’énormes bateaux pétroliers sillonnent les océans. • Production d’énergie électrique : la centrale nucléaire La centrale nucléaire convertit l’énergie nucléaire de l’uranium en énergie thermique. Celle-ci permet de transformer de l’eau liquide en vapeur d’eau qui fait tourner un alternateur. L’énergie cinétique de l’alternateur est convertie en énergie électrique. • Production d’énergie électrique : l’éolienne L’énergie cinétique de l’air (vent) fait tourner les pales de l’éolienne reliées à un alternateur. L’énergie cinétique de l’alternateur est convertie en énergie électrique. • Production d’énergie électrique : la centrale hydraulique

104

Thème 3

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Le xixe siècle • Navigation à vapeur La machine à vapeur convertit l’énergie chimique du charbon ou du bois en énergie thermique. Cette énergie thermique chauffe de l’eau dans une cuve et la transforme en vapeur. L’énergie cinétique de la vapeur d’eau est transférée au bateau qui peut alors de déplacer. • Travaux agricoles La machine à vapeur convertit l’énergie chimique du charbon ou du bois en énergie thermique. Cette énergie thermique chauffe de l’eau dans une cuve et la transforme en vapeur. L’énergie cinétique de la vapeur d’eau est transférée au tracteur qui peut alors de déplacer. Les premiers tracteurs à vapeur fournissent une puissance de 5000 watts environ. • L’activité industrielle Les machines à vapeur convertissent l’énergie chimique du charbon ou du bois en énergie cinétique. Elles permettent le développement d’industries comme la sidérurgie, la chimie, le textile. Elles fournissent une énergie bon marché. • Transports ferroviaires La machine à vapeur convertit l’énergie chimique du charbon ou du bois en énergie thermique. Cette énergie thermique chauffe de l’eau dans une cuve et la transforme en vapeur. L’énergie cinétique de la vapeur d’eau est transférée à la locomotive qui peut mettre le train en mouvement • Extraction du charbon Le charbon est la source fossile la plus utilisée au XIXème siècle. L’énergie chimique qu’il contient permet de faire fonctionner des machines à vapeur ainsi que de de fournir de l’énergie thermique pour chauffer les habitations. • Éclairage des rues Les rues sont éclairées par des réverbères à gaz. L’énergie chimique du gaz est convertie en énergie lumineuse.

L’énergie cinétique de l’eau fait tourner un alternateur. L’énergie cinétique de l’alternateur est convertie en énergie électrique. L’énergie hydraulique est la source d’énergie renouvelable la plus utilisée dans le monde actuellement. • Production d’énergie électrique : les panneaux solaires Les panneaux solaires convertissent l’énergie solaire en énergie électrique ou en énergie thermique pour le chauffage par exemple. • Transports aériens Le transport aérien s’est développé au vingtième siècle. Il faut actuellement moins de huit heures pour effectuer le trajet Paris – New-York alors qu’il a fallu au quinzième siècle deux mois et demi à Christophe Colomb pour traverser l’Atlantique. Les moteurs des avions convertissent l’énergie chimique du pétrole en énergie cinétique notamment. • Travaux agricoles L’agriculture s’est mécanisée. Les engins agricoles utilisent des moteurs de plus en plus puissants qui convertissent l’énergie chimique du pétrole en énergie cinétique. La puissance d’un tracteur actuel est de l’ordre de 150 kilowatts (150 000 watts). Préhistoire Activité

Chasse

Cueillette

Chauffage et cuisson par le feu de bois

Source d’énergie

Humain

Humain

Biomasse

Forme d’énergie exploitée

Énergie chimique.

Énergie chimique

Énergie chimique

Forme d’énergie utile

Énergie cinétique

Énergie cinétique

Énergie thermique et énergie lumineuse.

Moyen-Âge Activité

Navigation à voile

Travaux agricoles par les bœufs

Mouture du blé par le moulin à eau

Mouture du blé par le moulin à vent

Source d’énergie

Air en mouvement

Animal

Eau en mouvement

Air en mouvement

Forme d’énergie exploitée

Énergie cinétique

Énergie chimique

Énergie cinétique

Énergie cinétique

Forme d’énergie utile

Énergie cinétique

Énergie cinétique

Énergie cinétique

Énergie cinétique

© Hachette Livre, Physique-Chimie 5e – Livre du professeur

xixe siècle

Activité

Navigation à vapeur

­Fonctionnement des machines à vapeur et chauffage

Activités ­industrielles

Transports ferroviaires (train)

Éclairage public

Travaux agricoles avec un tracteur

Source d’énergie

Biomasse ou charbon

Biomasse

Biomasse ou charbon

Charbon

Gaz

Charbon

Forme d’énergie exploitée

Énergie chimique.

Énergie chimique

Énergie chimique.

Énergie chimique.

Énergie chimique

Énergie chimique

Forme d’énergie utile

Énergie cinétique

Énergie cinétique

Énergie cinétique

Énergie cinétique

Énergie lumineuse

Énergie cinétique

Aujourd’hui Activité

Production d’énergie ­électrique par une centrale nucléaire

Travaux ­agricoles avec un tracteur

Navigation ­maritime

Production d’énergie ­électrique par une centrale hydraulique

Transports ­aériens

Source d’énergie

Uranium

Pétrole

Pétrole

Eau en mouvement

Pétrole

Forme d’énergie exploitée

Énergie nucléaire

Énergie chimique

Énergie chimique

Énergie cinétique

Énergie chimique

Forme d’énergie utile

Énergie électrique

Énergie cinétique

Énergie cinétique

Énergie électrique

Énergie cinétique Module 6

105

Aujourd’hui Activité

Production d’énergie électrique par une éolienne

Production d’énergie électrique par panneau solaire

Source d’énergie

Air en mouvement

Soleil

Forme d’énergie exploitée

Énergie cinétique

Énergie solaire

Forme d’énergie utile

Énergie électrique

Énergie électrique ou énergie thermique

2 Lors d’un travail physique, un homme peut fournir une puissance de 500 watts environ.



Un bœuf lors d’un labour fournit une puissance de 4 000 watts environ. Les premiers tracteurs à vapeur fournissaient une puissance de 5 000 watts environ. La puissance d’un tracteur actuel est de l’ordre de 150 kilowatts (150 000 watts). Les puissances des dispositifs utilisés en agriculture ont énormément augmenté depuis la préhistoire jusqu’à nos jours. 3 Placer le même volume d’eau dans chaque bouilloire. Allumer chaque bouilloire, puis mesurer la température

de l’eau après quelques minutes. La bouilloire la plus puissante chauffe l’eau le plus rapidement.



4 Plus un dispositif est puissant, plus il convertit l’énergie rapidement. 5 Les sources d’énergie utilisées ont évolué depuis la Préhistoire. Initialement, nous utilisions surtout des sources

d’énergie renouvelables. Puis à partir du xixe siècle, les sources d’énergie fossiles ont été les plus utilisées. Et au xxe siècle et notamment en France, c’est l’énergie nucléaire qui est utilisée.

Un pas vers le bilan

106

Thème 3

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Connaître la puissance d’un convertisseur permet de savoir s’il convertira l’énergie rapidement pour effectuer le travail demandé.

EX ER CI CE S

Prendre un bon départ

p. 107 et 108 du manuel

Les formes d’énergie

11  Identifier une source d’énergie renouvelable 1. Cette source d’énergie est la source géothermique. 2. Elle est qualifiée de renouvelable car elle ne s’épuisera pas à cause d’une exploitation sur une durée à l’échelle humaine.

3  Reconnaître une forme d’énergie L’énergie convertie par les panneaux photovoltaïques provient du Soleil. C’est l’énergie solaire.

12  Émettre une hypothèse L’essence sans plomb provient du pétrole, c’est une source d’énergie non renouvelable car les réserves de pétrole ne sont pas inépuisables.

QCM 1  a. et b. 2  c.

4  Reconnaître une forme d’énergie L’énergie thermique permet la cuisson des aliments. Une vidéo en accès libre pour les élèves montre l’intérêt du four solaire lorsqu’il y a pénurie de sources d’énergie.

5  Identifier des formes d’énergie L’eau située en hauteur dans le château d’eau possède de l’énergie potentielle de position.

Les transferts et conversions d’énergie QCM 13  a.  14  a. 15  Repérer un transfert d’énergie Le forgeron craint un transfert d’énergie thermique le long de la barre de fer et donc de se brûler. 16  Réaliser une chaîne énergétique

Les sources d’énergie QCM

Énergie exploitée

Énergie cinétique du vent

Énergie utile

Éolienne

Énergie électrique

6  a. et c.

La puissance

7  b. et c. 8  b. et c. 9  a. et b.

© Hachette Livre, Physique-Chimie 5e – Livre du professeur

10  Proposer une explication Une source d’énergie hydraulique est une source renouvelable grâce au cycle de l’eau qui renouvelle l’eau dans les barrages par exemple.

QCM 17  a.  18  b. 19  Repérer des puissances La puissance du sèche-cheveux B (2 400 W) est supérieure à celle du sèche-cheveux A (2 000 W).

Module 6

107

EX ER CI CE S

Se perfectionner

21  Chauffe-eau solaire 1. L’énergie utilisée par le capteur solaire provient du Soleil. 2. Lors du fonctionnement du chauffe-eau, il y a transfert d’énergie thermique entre l’eau chaude qui circule dans le capteur et l’eau froide du réseau sanitaire de la maison. 22  Les éoliennes 1. a. L’énergie cinétique du vent est convertie dans une éolienne. b. L’éolienne convertit l’énergie cinétique du vent en énergie électrique. 2. Le vent ne soufflant pas régulièrement, il n’est pas possible d’utiliser seulement les éoliennes pour produire de l’énergie électrique. 23  L’hydroélectricité 1. L’eau immobile dans un barrage possède de l’énergie potentielle de position. 2. En arrivant à la turbine, l’eau possède de l’énergie cinétique. 3. L’alternateur convertit l’énergie cinétique de l’eau en énergie électrique.

108

26  Le puits canadien 1. Un puits canadien est un dispositif de chauffage. 2. De l’énergie thermique est transférée lors du fonctionnement d’un puits canadien. 3. L’énergie est transférée depuis le sol vers l’air du conduit. 4. La source géothermique, soit une source d’énergie renouvelable, est utilisée par le puits canadien. Tâche complexe 27  Descente en VTT Question posée : Expliquer en termes de transferts et de conversions d’énergie le problème qui peut intervenir lors d’un freinage à vélo.

1re étape : Bien comprendre la question posée 1. Comment un vélo freine-t-il ? 2. Quel problème est survenu lors de ce freinage ? 3. Quelles formes d’énergie possède un cycliste en mouvement ? 4. Quelle conversion d’énergie a lieu lors d’un freinage ? 2e étape : Lire et comprendre les documents 1. Lors d’un freinage, le liquide de frein appuie sur des plaquettes. Celles-ci frottent contre des disques reliés à la roue (donnée). 2. Les freins ont chauffé, le liquide s’est mis à bouillir et le vélo ne freinait plus (doc. 1). 3. La descente est rapide, le cycliste possède de l’énergie cinétique (doc. 1). 4. Il y a eu conversion d’énergie cinétique en énergie thermique (doc. 1 et donnée). 3e étape : Dégager la problématique On demande de préciser pourquoi la conversion d’énergie cinétique en énergie thermique n’a plus permis de faire fonctionner les freins.

24  Des grêlons dangereux 1. La chute des grêlons est due à l’interaction gravitationnelle. 2. Lorsque les grêlons sont en altitude, ils stockent de l’énergie potentielle de position. 3. Lorsqu’ils atteignent le sol, les grêlons possèdent de l’énergie cinétique.

4e étape : Construire la réponse • Identifier la conversion d’énergie effectuée pendant le freinage. • Repérer quel problème cause le transfert d’énergie entre les plaquettes de freins et le liquide de frein. • Justifier le changement d’état du liquide. • Justifier que le changement d’état du liquide de frein empêche le freinage.

25  Entre deux wagons 1. Le wagon de gauche est en mouvement, il possède donc de l’énergie cinétique. 2. Il va y avoir un transfert d’énergie cinétique depuis le ressort du wagon de gauche vers le ressort du wagon de droite.

5e étape : Rédiger la réponse en trois paragraphes • Présenter le contexte et introduire la problématique. Un freinage permet à un VTT de convertir son énergie cinétique en énergie thermique au niveau du système de freinage.

Thème 3

© Hachette Livre, Physique-Chimie 5e – Livre du professeur

20  Soulager les douleurs 1. a. L’énergie est transférée sous forme d’énergie thermique. b. L’énergie thermique est transférée depuis le gel vers la zone douloureuse. c. L’énergie est transférée du corps qui en contient le plus vers celui qui en contient le moins, donc du gel chaud vers le corps plus froid. 2. En cryothérapie, il faut placer quelques minutes la poche de gel au réfrigérateur puis l’appliquer sur la zone douloureuse. L’énergie sous forme d’énergie thermique est alors transférée depuis la zone douloureuse vers le gel.

p. 109 à 111 du manuel

EX ER CI CE S

Se perfectionner

• Mettre en forme la réponse. Lorsqu’un cycliste agit sur les freins, le liquide de frein appuie sur des plaquettes. Celles-ci frottent contre des disques reliés à la roue (données). Ces frottements permettent de diminuer la vitesse du cycliste. Au niveau des freins, il y a une conversion de l’énergie cinétique du cycliste en énergie thermique. Cette énergie thermique est transférée depuis les freins vers tout le système de freinage et en particulier vers le liquide de frein. Ce dernier s’échauffe jusqu’à changer d’état et devient gazeux (doc. 1). À ce moment-là, lorsque le cycliste appuie sur le frein, il n’y a plus de pression exercée sur le frein car le gaz est compressible (module 1). Et donc, il n’est plus possible de freiner. • Conclure et introduire, quand c’est possible, une part d’esprit critique. Il est dangereux de freiner de manière trop importante car l’énergie thermique dégagée au niveau des freins peut empêcher le VTT de s’arrêter ensuite. Il faut donc toujours maîtriser sa vitesse de façon à pouvoir s’arrêter sans dommage. Grille d’évaluation en fin de module.

28  La centrale nucléaire 1. 1 Réacteur nucléaire : énergie nucléaire et thermique 2 Circuit primaire : énergie thermique et cinétique 3 Générateur de vapeur : énergie thermique 4 Circuit secondaire : énergie thermique et cinétique 5 Alternateur : énergie cinétique et énergie électrique 6 Pylône haute tension : énergie électrique 2. Il y a conversion d’énergie nucléaire en énergie thermique, puis d’énergie thermique en énergie cinétique puis d’énergie cinétique en énergie électrique. 3. Énergie exploitée Énergie utile Énergie nucléaire de l’uranium

Centrale nucléaire

Énergie électrique

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29  The Sea’s power Traduction : Une nouvelle technologie qui exploite la puissance des courants marins pourrait fournir une forme propre et illimitée d’énergie renouvelable. Le vent et l’énergie solaire sont prometteurs mais ils sont limités par leur qualité et leur intermittence. Il est possible d’utiliser des courants marins pour produire de l’électricité.

1. Les courants marins sont la source d’énergie évoquée dans le texte. 2. Cette source est renouvelable car le courant ne disparaît pas après avoir été utilisé. 3. Les sources solaire et éolienne sont intermittentes. Il faut du Soleil ou du vent pour qu’elles fonctionnent, alors que les courants marins sont permanents.

30  Gaspillage énergétique 1. « Vivre à crédit » signifie utiliser de l’argent que l’on ne possède pas et que l’on a dû emprunter. Dans le contexte de l’exercice, cela signifie que chaque année, après le « jour du dépassement », l’humanité consomme des ressources d’énergie qu’elle puise dans les réserves d’énergie de la Terre. 2. Le « jour du dépassement » est de plus en plus tôt chaque année car la consommation de ressources non renouvelables augmente chaque année. 3. Afin de préserver la planète, il faut utiliser des sources d’énergies renouvelables. 4. Le risque est qu’il n’y aura plus assez de réserves de sources non renouvelables pour les générations futures. 5. Une proposition de légende pour l’image : La Terre pressée comme une orange. 31  Plus puissant qu’un cheval 1. 150 kW = 150 000 W et 1 CV = 735,5 W. La puissance en CV d’un tracteur est : 150 000 = 204 CV. 735,5 Énergie utile 2. Énergie exploitée Énergie chimique

Tracteur

Énergie cinétique

32  Économie d’énergie Les lampes halogènes à incandescence convertissent de l’énergie électrique en énergie lumineuse mais également en énergie thermique. En effet, il est marqué sur la notice que le risque de brulure est important. Les lampes DEL convertissent de l’énergie électrique en énergie lumineuse principalement. L’énergie thermique dissipée par les lampes halogènes à incandescence fait que ces lampes sont plus consommatrices d’énergie.

Module 6

109

EX ER CI CE S

Accompagnement personnalisé Une vidéo en accès libre pour les élèves montre quelques utilisations d’une caméra thermique. 1. Il y a transfert d’énergie thermique entre le bâtiment et l’air du milieu extérieur ainsi qu’entre les ouvriers et l’air. 2. La caméra thermique est sensible à l’énergie thermique. Elle fournit une image colorée telle que chaque plage de température est repérée par une couleur. L’échelle de température est repérée sur le côté de l’image. On voit que les zones rouges correspondent aux températures les plus élevées. Il y a un transfert d’énergie thermique quand deux objets côte à côte ont des températures différentes. 3. Les zones rouges de l’immeuble correspondent donc à des températures élevées qui montrent un transfert d’énergie thermique depuis l’immeuble vers le milieu extérieur. Ce sont donc les ponts thermiques.

34  À chacun son rythme – STEP • Corrigé de l’énoncé détaillé 1. Les pompes fournissent de l’énergie cinétique à l’eau pour l’amener au niveau supérieur. 2. L’eau immobile dans le bassin supérieur possède de l’énergie potentielle de position. 3. Lors de la production d’énergie électrique, l’énergie cinétique de l’eau est transférée à l’alternateur. 4. Une STEP permet de stocker de l’énergie sous forme d’énergie potentielle de l’eau et de pouvoir convertir cette énergie en énergie électrique si besoin. • Corrigé de l’énoncé compact Question posée : Quel est l’intérêt d’une STEP ?

Tâche complexe

1re étape : Bien comprendre la question posée 1. Qu’est-ce qu’une STEP ? 2. Quel intérêt une STEP peut-elle présenter ? 2e étape : Lire et comprendre les documents 1. Une STEP est un dispositif constitué d’une centrale hydroélectrique et de bassins situés en hauteur (doc. 1). 2. L’électricité ne se stocke pas. (Introduction de l’exercice) Lorsque la demande d’électricité est faible, l’électricité produite par les centrales thermiques ou nucléaires fait fonctionner des pompes de la STEP qui remontent de l’eau dans des bassins situés en hauteurs. Cela communique à l’eau de l’énergie cinétique convertie en énergie potentielle de position lorsque l’eau s’élève. Lorsque la demande est forte, cette eau redescend, son énergie cinétique est alors utilisée pour produire de l’énergie électrique (doc. 1). 110

Thème 3

3e étape : Dégager la problématique On demande de trouver l’intérêt que présente une STEP. 4e étape : Construire la réponse L’énergie électrique ne se stocke pas. Lorsque la demande d’électricité est faible, la nuit par exemple, l’électricité produite en surplus dans les centrales thermiques ou nucléaires permet de remplir, grâce à des pompes, des bassins situés en hauteur et reliés à une centrale hydraulique (doc. 1). Cela constitue un moyen de stockage d’énergie, l’énergie électrique étant alors convertie en énergie cinétique puis en énergie potentielle de position. Lorsque la demande d’électricité est forte, l’eau permet de faire tourner un alternateur et de produire de l’électricité (doc. 1). L’intérêt d’une STEP est la possibilité de stocker, après conversion, l’excédent d’énergie électrique pouvant être produit lorsque la demande d’énergie électrique est faible. 5e étape : Rédiger la réponse en trois paragraphes • Présenter le contexte et introduire la problè-­ matique. On cherche l’intérêt que présente une STEP. • Mettre en forme la réponse. Une STEP permet de stocker l’excédent d’énergie électrique produit lorsque la demande est faible et de le restituer lorsque la demande est forte (doc. 1). L’énergie électrique ne se stockant pas, l’excédent est converti en énergie cinétique puis en énergie potentielle de position par des pompes qui remontent de l’eau dans un bassin situé en hauteur (doc. 1). Lorsque la demande d’électricité est forte, cette énergie potentielle de position est de nouveau convertie en énergie cinétique lorsque l’eau descend, puis en électrique par un alternateur (doc. 1). • Conclure et introduire, quand c’est possible, une part d’esprit critique. Une STEP est donc un moyen de stockage de l’énergie électrique. Grille d’évaluation en fin de module.

35  Analyser sa production Une vidéo en accès libre pour les élèves montre des bateaux à aubes aux USA. 1. La combustion de la tablette d’alcool fournit de l’énergie lumineuse et de l’énergie thermique. 2. Énergie exploitée Énergie utile Énergie chimique de l’alcool

Couvercle sous boîte

Énergie thermique de l’air

© Hachette Livre, Physique-Chimie 5e – Livre du professeur

33  À chacun son rythme

p. 112 et 113 du manuel

EX ER CI CE S

Se perfectionner

3. Le transfert d’énergie thermique de l’air vers l’eau permet le changement d’état (vaporisation) de l’eau dans la boîte. 4. Énergie exploitée Énergie utile Énergie thermique de la vapeur d’eau

Boîte

Énergie cinétique du bateau

© Hachette Livre, Physique-Chimie 5e – Livre du professeur

36  Comprendre le vocabulaire « Il est sans énergie à la fin de la journée » signifie que la personne est fatiguée des efforts effectués pendant la journée. « Ils résistèrent avec l’énergie du désespoir » signifie que les soldats combattirent vaillamment, mettant toutes leurs forces dans la bataille, car ils n’avaient rien à perdre. « Ce chef d’état est un homme puissant » signifie que ses actions et ses décisions ont une influence importante sur les autres pays.

37  Pour aller plus loin 1. L’énergie thermique du Soleil est transférée à l’eau liquide de l’océan qui s’échauffe puis se vaporise. Ensuite, elle se liquéfie dans les nuages et tombe sur le sol lors des précipitations. Cette eau liquide ruisselle vers les lacs et fleuves avant de retourner à l’océan. 2. On parle de cycle de l’eau car l’eau part de l’océan puis y retourne. C’est une boucle. 3. Une source hydraulique comme l’eau d’un barrage ne peut exister que grâce au cycle de l’eau qui, avec les précipitations, permet de remplir le barrage. De même, la source biomasse ne peut exister que s’il y a des végétaux. Or les végétaux ont besoin d’eau et d’énergie solaire pour pousser. En conclusion, la source biomasse existe grâce à l’énergie solaire.

Module 6

111

CO M PL ÉM EN T Grille d’évaluation par compétence d’une tâche complexe 27 Descente en VTT Classe : �������������������������� Nom de l’élève : ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� Domaines du socle

D1.1 Langue française à l’oral et à l’écrit

MI

Capacités attendues

MF MS TBM Compétences

Pratiquer des langages.

Lire et comprendre des documents.

Critères de réussite permettant ­d’attribuer le niveau de maîtrise « TBM » L’élève a su trouver les informations pertinentes lui permettant de répondre aux questions qu’il a posées dans la première étape. Par exemple : Donnée : Lors d’un freinage, le liquide de frein appuie sur des plaquettes. Celles-ci frottent contre des disques reliés à la roue. Doc. 1 : Les freins ont chauffé, le liquide s’est mis à bouillir et le vélo ne freinait plus. Doc. 1 : La descente est rapide, le cycliste possède de l’énergie cinétique. Doc. 1 et donnée : Il y a eu conversion d’énergie cinétique en énergie thermique.

Le problème est formulé en termes scientifiques. Identifier des questions Par exemple : de nature scientifique. Préciser pourquoi la conversion d’énergie cinétique en énergie thermique n’a plus permis de faire fonctionner les freins.

D1.3 Langages mathématiques scientifiques et informatiques

D1.1 Langue française à l’oral et à l’écrit

Pratiquer des démarches scientifiques. Mettre en œuvre des démarches propres aux sciences.

Pratiquer des langages.

Passer d’une forme de langage scientifique à une autre.

Pratiquer des langages.

Utiliser la langue française en cultivant précision, richesse de vocabulaire et syntaxe pour rendre compte des observations, expériences, hypothèses et conclusions.

Fichier modifiable disponible dans le manuel numérique.

112

Thème 3

La stratégie est détaillée et correcte. L’élève doit discuter la valeur et revenir sur la problématique. Par exemple : • Identifier la conversion d’énergie effectuée pendant le freinage. • Repérer quel problème cause le transfert d’énergie entre les plaquettes de freins et le liquide de frein. • Justifier le changement d’état du liquide. • Justifier que le changement d’état du liquide de frein empêche le freinage. • Conclure en revenant sur la problèmatique. Les informations issues des documents sont interprétées correctement.

La consigne est reformulée dans un langage scientifique. Les phrases sont concises ; il n’y a pas de paraphrase des documents ; les connecteurs logiques sont correctement employés. Le vocabulaire employé est adapté, rigoureux et scientifique. Les documents sont cités pour appuyer l’argumentaire.

© Hachette Livre, Physique-Chimie 5e – Livre du professeur

D4 Les systèmes naturels et les systèmes techniques

CO M PL ÉM EN T Grille d’évaluation par compétence d’une tâche complexe 34 À chacun son rythme – STEP Classe : �������������������������� Nom de l’élève : ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� Domaines du socle

D1.1 Langue française à l’oral et à l’écrit

MI

Capacités attendues

MF MS TBM Compétences

Pratiquer des langages.

Lire et comprendre des documents.

Critères de réussite permettant ­d’attribuer le niveau de maîtrise « TBM » L’élève a su trouver les informations pertinentes lui permettant de répondre aux questions qu’il a posées dans la première étape. Par exemple : Introduction : L’électricité ne se stocke pas. Doc. 1 : Une STEP est un dispositif constitué d’une centrale hydroélectrique et de bassins situés en hauteur. Doc 1 : Lorsque la demande d’électricité est faible, l’électricité produite par les centrales thermiques ou nucléaires fait fonctionner des pompes de la STEP qui remontent de l’eau dans des bassins situés en hauteurs. Cela communique à l’eau de l’énergie cinétique convertie en énergie potentielle de position lorsque l’eau s’élève. Lorsque la demande est forte, cette eau redescend, son énergie cinétique est alors utilisée pour produire de l’énergie électrique.

Le problème est formulé en termes scientifiques. Identifier des questions Par exemple : de nature scientifique. On demande de trouver l’intérêt que présente une STEP.

© Hachette Livre, Physique-Chimie 5e – Livre du professeur

D4 Les systèmes naturels et les systèmes techniques

D1.3 Langages mathématiques scientifiques et informatiques

D1.1 Langue française à l’oral et à l’écrit

Pratiquer des démarches scientifiques.

Mettre en œuvre des démarches propres aux sciences.

Pratiquer des langages.

Passer d’une forme de langage scientifique à une autre.

Pratiquer des langages.

Utiliser la langue française en cultivant précision, richesse de vocabulaire et syntaxe pour rendre compte des observations, expériences, hypothèses et conclusions.

La stratégie est détaillée et correcte. Par exemple : • Présenter l’impossibilité de stockage de l’énergie électrique. • Présenter la conversion d’énergie électrique en énergie potentielle de position lorsque la demande d’énergie électrique est faible, et le stockage d’énergie alors possible. • Présenter la conversion d’énergie potentielle de position en énergie électrique lorsque la demande d’énergie électrique est forte. • Conclure en revenant sur la problématique. Les informations de l’introduction et du document sont converties en informations scientifiques. Lecture du schéma. La consigne est reformulée dans un langage scientifique. Les phrases sont concises ; il n’y a pas de paraphrase des documents ; les connecteurs logiques sont correctement employés. Le vocabulaire employé est adapté, rigoureux et scientifique. Les documents sont cités pour appuyer l’argumentaire. Le résultat revient sur la problématique.

Fichier modifiable disponible dans le manuel numérique. Module 6

113

MO DU LE

7

Les circuits électriques

Programme du cycle 4 L’énergie et ses conversions Attendu de fin de cycle • Réaliser des circuits électriques simples et exploiter les lois de l’électricité.

Connaissances et compétences associées Exemples de situations, d’activités et d’outils pour l’élève Réaliser des circuits électriques simples et exploiter les lois de l’électricité Élaborer et mettre en œuvre un protocole expérimental simple Les exemples de circuits électriques privilégient les dispositifs visant à réaliser un circuit électrique répondant à un cahier des rencontrés dans la vie courante : automobile, appareils portatifs, charges simple ou à vérifier une loi de l’électricité. installations et appareils domestiques. Exploiter les lois de l’électricité. • Dipôles en série, dipôles en dérivation. • L’intensité du courant électrique est la même en tout point d’un circuit qui ne compte que des dipôles en série. • Loi d’additivité des tensions (circuit à une seule maille). • Loi d’additivité des intensités (circuit à deux mailles). • Relation tension-courant : loi d’Ohm. • Loi d’unicité des tensions.

Les activités proposées permettent de sensibiliser les élèves aux économies d’énergie pour développer des comportements responsables et citoyens.

Mettre en relation les lois de l’électricité et les règles de sécurité dans ce domaine. Conduire un calcul de consommation d’énergie électrique relatif à une situation de la vie courante. • Puissance électrique P = U × I. • Relation liant l’énergie, la puissance électrique et la durée.

Rappel du programme du cycle 3

114

Thème 3

© Hachette Livre, Physique-Chimie 5e – Livre du professeur

Le thème de l’électricité, abordé au cycle 2, ne fait pas l’objet d’un apprentissage spécifique au cycle 3. Certains aspects auront pu être abordés par les élèves au travers de l’étude d’une chaîne d’énergie simple ou du fonctionnement d’un objet technique. Des notions, telles que la conductivité des matériaux, peuvent avoir été abordées dans le cadre de l’étude des propriétés de la matière.

Progression curriculaire retenue dans les manuels Réaliser des circuits électriques simples et exploiter les lois de l’électricité

Élaborer et mettre en œuvre un protocole expérimental simple visant à réaliser un circuit électrique répondant à un cahier des charges simple.

• Dipôles en série, dipôles en dérivation.

Élaborer et mettre en œuvre un protocole expérimental simple visant à réaliser un circuit électrique répondant à un cahier des charges simple ou à vérifier une loi de l’électricité.

Élaborer et mettre en œuvre un protocole expérimental simple visant à réaliser un circuit électrique répondant à un cahier des charges simple ou à vérifier une loi de l’électricité.

Exploiter les lois de l’électricité.

Exploiter les lois de l’électricité.

• Dipôles en série, dipôles en dérivation. • L’intensité du courant électrique est la même en tout point d’un circuit qui ne compte que des dipôles en série. • Loi d’additivité des tensions (circuit à une seule maille). • Loi d’additivité des intensités (circuit à deux mailles).

• Dipôles en série, dipôles en dérivation. • L’intensité du courant électrique est la même en tout point d’un circuit qui ne compte que des dipôles en série. • Loi d’additivité des tensions (circuit à une seule maille). • Loi d’additivité des intensités (circuit à deux mailles). • Relation tension-courant : loi d’Ohm. • Loi d’unicité des tensions.

• Loi d’unicité des tensions.

Mettre en relation les lois de l’électricité Mettre en relation les lois de l’électricité Mettre en relation les lois de l’électricité et les règles de sécurité dans ce domaine. et les règles de sécurité dans ce domaine. et les règles de sécurité dans ce domaine. Conduire un calcul de consommation d’énergie électrique relatif à une situation de la vie courante.

© Hachette Livre, Physique-Chimie 5e – Livre du professeur

• Puissance électrique P = U × I. • Relation liant l’énergie, la puissance électrique et la durée.

Module 7

115

Grille d’évaluation des attendus de fin de cycle Classe : �������������������������������������������������� Nom de l’élève : ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� Attendu de fin de cycle : MI : maîtrise insuffisante • Réaliser des circuits électriques simples et exploiter les lois de MF : maîtrise fragile l'électricité. MS : maîtrise satisfaisante TBM : très bonne maîtrise

MI

MF

MS

Activités TBM

Réaliser un circuit électrique simple et comprendre son fonctionnement.

1, 2, 3, 4, 5, 8

Différencier un circuit en série d’un circuit avec dérivations.

6

Comprendre la notion de puissance.

4

Mettre en relation les lois de l’électricité et les règles de sécurité dans ce domaine.

7, 8

Réaliser un circuit simple et effectuer des mesures pour exploiter les lois de l’électricité.

1, 2, 3, 4, 5, 6

Exploiter les lois de l’électricité : lois de l’intensité du courant dans un circuit électrique.

1, 2, 3

Exploiter les lois de l’électricité : lois de la tension électrique dans un circuit électrique.

4, 5, 6

Mettre en relation les lois de l’électricité et les règles de sécurité dans ce domaine.

2, 4

Réaliser un circuit simple et effectuer des mesures pour exploiter les lois de l’électricité.

1, 4, 5, 6, 7

Comprendre la notion de puissance électrique.

1

Exploiter la relation entre la puissance électrique et l’énergie électrique.

2, 3, 4

Comprendre l’influence d’un conducteur ohmique dans un circuit électrique.

5

Exploiter la loi d’Ohm. Mettre en relation les lois de l’électricité et les règles de sécurité dans ce domaine.

6, 7 4

Fichier modifiable disponible dans le manuel numérique.

Compléments pédagogiques

116

Thème 3

© Hachette Livre, Physique-Chimie 5e – Livre du professeur

La notion de tension électrique et sa mesure au voltmètre sont abordées dès la 5e pour comprendre la différence entre un générateur et un récepteur électrique. La notion de puissance est abordée dès la 5e, de manière qualitative, en relation avec la tension aux bornes d’un générateur.

AC TIV ITÉ

1 Comment une carte musicale fonctionne-t-elle ?

p. 115 du manuel

Matériel • Une carte musicale. • Une pile plate. • Un buzzer. • Un interrupteur poussoir. • Des fils de connexion et des pinces crocodile. Vidéos et animations en lien avec l’activité Fonctionnement de la carte musicale (doc. 1) Une vidéo en accès libre présente la carte musicale aux élèves permettant de voir le rôle de la languette en tant qu’interrupteur. Si l’expérience n’est pas réalisée en classe, cette vidéo permet à l’élève de poursuivre l’activité. Compléments Certaines cartes musicales comportent plusieurs piles. Nous avons choisi volontairement d’utiliser des cartes simples ne possédant qu’une seule pile pour ne pas complexifier l’activité. Commentaires sur la stratégie pédagogique proposée Cette activité aborde le fonctionnement d’un circuit électrique simple. Elle permet à l’élève de comprendre la notion de boucle tout en revenant sur les notions de matériau conducteur ou isolant abordées au cycle 3. Elle permet également d’aborder la notion de dipôle. L’élève est ainsi amené à construire un circuit simple fonctionnant sur le même principe que celui de la carte de vœux musicale. Pour les élèves qui feront le prolongement, le professeur pourra donner le symbole normalisé du buzzer, que nous n’avons pas placé dans les fiches. 1 En retirant la languette, les deux parties métalliques conductrices qui l’entourent rentrent en contact et la

musique retentit. 2 a. On réalise un circuit avec les dipôles suivants : une pile ; un buzzer ; un interrupteur.



Lorsqu’on agit sur l’interrupteur, le buzzer émet un son. b. Le buzzer et la pile sont des composants électriques possédant deux bornes. Ce sont donc des dipôles. 3 Lorsqu’on appuie sur le bouton-poussoir, une lame métallique entre en contact avec deux autres lames

reliées au reste du circuit. Le courant circule alors dans le circuit électrique. 4 Lorsque le buzzer émet un son, les lames métalliques de l’interrupteur sont reliées : le circuit forme alors

une boucle fermée allant d’une borne à l’autre de la pile.

© Hachette Livre, Physique-Chimie 5e – Livre du professeur

5 L’énergie électrique provient de la pile qui est un générateur. 6 Une carte musicale comprend une pile, un buzzer et un interrupteur. En ouvrant la carte, la languette

plastifiée permet à deux lames conductrices d’entrer en contact. Le courant circule et la carte génère une mélodie.

Un pas vers le bilan Le circuit électrique doit comporter obligatoirement un composant fournissant de l’énergie électrique au circuit, comme une pile. Il doit former une boucle fermée allant d’une borne à l’autre du générateur.

Prolongement Le schéma du circuit réalisé est le suivant :

+ –

Module 7

117

AC TIV ITÉ

2 Pourquoi une pile s’use-t-elle ?

p. 116 du manuel

Matériel • Deux piles, l’une neuve, l’autre usagée. • Un citron. • Des lames de métaux différents (cuivre et zinc par exemple) – deux de chaque métal. • Une petite calculatrice dont on enlève la pile. • Un voltmètre. • Des fils de connexion et des pinces crocodile. Vidéos et animations en lien avec l’activité Fonctionnement de la pile au citron (doc. 3) Une vidéo en accès libre présente une pile au citron faisant fonctionner une calculatrice. Compléments La calculatrice utilisée fonctionne normalement avec une pile LR1130 de tension 1,5 V. Pour pouvoir l’alimenter correctement et obtenir un écran lisible, nous avons dû utiliser deux lames de zinc et deux lames de cuivre connectées en série. Lorsque l’on enfonce les lames dans le citron, il faut veiller à les espacer suffisamment pour qu’elles ne soient pas en contact l’une avec l’autre dans le citron. Commentaires sur la stratégie pédagogique proposée Cette activité permet de reprendre les notions du module 2 relatives aux transformations chimiques, de manière spiralaire. Elle peut cependant être abordée avant d’avoir étudié les transformations chimiques : le doc. 4 donne des informations sur les transformations chimiques. À la fin de l’activité, l’élève doit aussi avoir compris que la tension électrique est une grandeur caractéristique d’une pile, s’exprimant en volt. La mesure de la tension en 5e n’est abordée que pour les piles et en dehors de tout circuit. 1 On mesure la tension aux bornes des différentes piles. Par exemple :

Tension (V)



Pile neuve

4,5 V

Pile usagée

0,4 V

L’inscription sur la pile est 4,5 V. Elle est différente de la tension aux bornes de la pile usagée et très proche ou identique de celle de la pile neuve. 2 La lampe brille normalement lorsqu’on la branche aux bornes de la pile neuve. Elle brille très faiblement, voire

pas du tout si elle est branchée aux bornes de la pile usagée. 3 La tension mesurée est de 2,2 V dans le cas de la pile au citron (valeur obtenue avec deux lames de cuivre et 4 D’après le doc. 4, la circulation d’un courant électrique peut être le signe d’une transformation chimique. Lorsque

l’écran de la calculatrice fonctionne, un courant électrique, généré par la pile au citron, circule. Il y a donc transformation chimique. 5 La pile s’use car une transformation chimique a lieu lorsque la pile est placée dans un circuit électrique. Au

cours la transformation chimique, la tension aux bornes de la pile diminue.

Un pas vers le bilan Un courant électrique circule à condition qu’il existe une tension suffisante aux bornes du générateur (la pile).

118

Thème 3

© Hachette Livre, Physique-Chimie 5e – Livre du professeur

deux lames de zinc).

AC TIV ITÉ

3 Comment a-t-on produit de l’électricité ?

p. 117 du manuel

Matériel • Des pièces de monnaie. • Une feuille d’aluminium. • Une feuille de papier buvard (ou papier filtre). • Des ciseaux. • Une soucoupe. • Une DEL. • Du sel et de l’eau. • Un aimant et une bobine. • Un voltmètre. • Des fils de connexion. Vidéos et animations en lien avec l’activité • L’histoire de la pile de Volta (doc. 1) Un lien internet permet de prolonger l’étude documentaire sur la pile de Volta. • Fonctionnement de la pile de Volta (doc. 3) Une vidéo en accès libre présente les éléments constituant une pile de Volta et le fonctionnement de celle-ci à l’aide d’une DEL. La vidéo complète est disponible dans le manuel numérique du professeur. Si l’expérience n’est pas réalisée en classe, cette vidéo permet à l’élève de poursuivre l’activité. Compléments Pour pouvoir faire fonctionner la DEL de la vidéo, nous avons réalisé la pile de type Volta avec treize feuilles d’aluminium et treize pièces de cinquante centimes. On peut tout autant utiliser des pièces de vingt centimes. Commentaires sur la stratégie pédagogique proposée Le programme place la notion de circuit électrique dans la thématique de l’énergie. Cette activité permet d’inscrire le module 7 dans la continuité du module 6 en abordant les conversions d’énergie susceptibles de fournir de l’énergie électrique. Elle présente une approche historique de la « production » d’énergie électrique. Nous avons préféré le terme « électricité » dans le titre, moins juste scientifiquement, mais plus parlant pour l’élève. Comme pour l’activité 2, la tension électrique n’est abordée que pour le générateur en circuit ouvert au niveau 5e. 1 Pour vérifier la présence d’une tension électrique entre les bornes de la pile de Volta et la génératrice, on



connecte la pile de Volta aux bornes d’un voltmètre. On fait de même pour la génératrice. On constate que la tension aux bornes de la pile de Volta est permanente. Dans la génératrice, il n’y a une tension que lorsqu’il y a un mouvement.

© Hachette Livre, Physique-Chimie 5e – Livre du professeur

2 On réalise un circuit simple avec la pile et la génératrice (que l’on schématisera par



+ –

une pile). La DEL s’éclaire, dans les deux cas. Un courant peut donc circuler. 3 a. L’énergie électrique fournie par la pile de Volta provient de l’énergie chimique qu’elle contient.



b. L’énergie électrique fournie par la génératrice provient de l’énergie cinétique de l’aimant dans la bobine. 4 On a produit de l’électricité avec un empilement de disques de métaux différents ou en mettant en mouve-

ment un aimant à l’intérieur d’une bobine de fil métallique.

Un pas vers le bilan Il doit y avoir une tension électrique aux bornes d’un générateur, placé dans un circuit électrique, pour qu’un courant électrique circule.

Module 7

119

AC TIV ITÉ

4 D’où provient la puissance qui permet à une grue de soulever une charge ?

Matériel • Un générateur de tension réglable. • Un mètre à ruban. • Un chronomètre. • Un moteur pouvant soulever une charge.

p. 118 du manuel

• Une masse adaptée au moteur. • Du fil pour suspendre la masse à l’axe du moteur. • Des fils de connexion.

Vidéos et animations en lien avec l’activité Moteur électrique soulevant un objet (doc. 1) Une vidéo présente le fonctionnement d’un moteur électrique soulevant un objet pour différentes tensions aux bornes du moteur. Elle est disponible en intégralité dans le manuel numérique du professeur. Si l’expérience n’est pas réalisée en classe, cette vidéo permet de poursuivre l’activité. Complément Le moteur utilisé dans la vidéo provient de la société Equascience. Celui de la photo du manuel provient de la société Jeulin. Commentaires sur la stratégie pédagogique proposée Le programme place la notion de circuit électrique dans la thématique de l’énergie. Cette activité permet d’inscrire le module 7 dans la continuité du module 6 en réinvestissant la notion de puissance. Le terme de « puissance » est connu des élèves. Nous introduisons ici ce concept de manière plus scientifique. Cette activité réinvestit la vitesse dans une approche spiralaire (module 4). Elle peut cependant être abordée avant le module 4, la relation donnant la vitesse étant explicitée dans le doc. 2. 1 Le schéma du circuit est le suivant :

G

M 2 On utilise un chronomètre afin de mesurer la durée nécessaire à la grue pour faire monter un objet toujours

identique sur une hauteur connue. Le rapport entre la distance parcourue d et la durée t permet de déterminer la vitesse. 3 On recueille les résultats dans un tableau.

Par exemple, pour une masse de 200 g et une distance de 39 cm, on a obtenu : Tension (V)



3

4,5

6

7.5

9

Durée (s)

10,3

5,8

4,2

3,3

2,4

Vitesse (m/s)

0,038

0,067

0,093

0,12

0,16

On constate que lorsque la tension délivrée par le générateur augmente, la vitesse à laquelle la charge monte augmente. 4 Lorsqu’on augmente la tension du générateur, la vitesse de l’objet augmente. Or plus la vitesse est élevée, plus

la puissance du moteur est élevée. Donc la tension du générateur a une influence sur la puissance du moteur. 5 La puissance qui permet à une grue de soulever une charge provient de la puissance électrique fournie

par le générateur.

Un pas vers le bilan Pour augmenter la puissance d’un générateur électrique, il faut augmenter sa tension électrique. 120

Thème 3

© Hachette Livre, Physique-Chimie 5e – Livre du professeur



AC TIV ITÉ

5 Pourquoi doit-on respecter le sens de branchement des piles ?

p. 119 du manuel

Matériel • Une pile. • Un moteur à courant continu. • Une diode ou une DEL. • Des fils de connexion et des pinces crocodile. Vidéos et animations en lien avec l’activité Jeu de bille électrique (doc. 1) Une vidéo en accès libre présente le fonctionnement du jeu de bille électrique. Elle permet d’illustrer l’activité. Complément La diode peut être remplacée par une DEL en parlant de témoin de fonctionnement. Commentaires sur la stratégie pédagogique proposée Cette activité est centrée sur la réalisation d’un circuit électrique simple permettant de répondre à un cahier des charges. Elle permet aux élèves de faire la connaissance de nouveaux dipôles, dont le fonctionnement dépend du sens de branchement. La notion de sens du courant n’étant plus au programme du cycle 4, nous nous sommes limités dans notre approche au sens de branchement des dipôles par rapport aux bornes du générateur. Dans la continuité du module 6 sur l’énergie, cette activité réinvestit les notions de formes et de conversions d’énergie. 1 Lorsqu’on change le sens de branchement de la pile, le moteur tourne dans le sens opposé. 2 La bille acquiert de l’énergie potentielle de position si elle s’élève.



En observant la forme du godet (doc. 1), on remarque que la bille ne peut pas être hissée en haut du jouet si le moteur tourne à l’envers. Elle ne peut donc pas acquérir d’énergie potentielle de position. 3 D’après le doc.2, la diode ne permet la circulation du courant que pour un sens de branchement. On ajoute

une diode au circuit et on vérifie que le moteur ne tourne que pour un sens de branchement. + –

M 4 Quel que soit l’ordre des dipôles dans le circuit, le fonctionnement du moteur est le même. 5 Certains dipôles ont un fonctionnement qui dépend du sens de branchement dans le circuit électrique. C’est © Hachette Livre, Physique-Chimie 5e – Livre du professeur

le cas de la diode. Si on connecte les piles dans un autre sens, le circuit ne fonctionne plus.

Un pas vers le bilan Selon le sens de branchement du générateur, le sens de rotation du moteur change. Selon le sens de branchement du générateur, une diode laisse ou non circuler le courant.

Module 7

121

AC TIV ITÉ

6 Pourquoi une guirlande lumineuse

continue-t-elle d’éclairer lorsque certaines p. 120 du manuel lampes sont éteintes ?

Matériel • Un générateur. • Deux lampes. • Des fils de connexion. Commentaires sur la stratégie pédagogique proposée Cette activité est centrée sur la réalisation d’un circuit électrique simple permettant de répondre à un cahier des charges. Elle permet d’aborder, au cours d’une démarche d’investigation, les différents types de circuits électriques (série et dérivation). 1 Les dipôles fonctionnent de manière indépendante les uns des autres dans le circuit. 2 Pour qu‘une lampe brille, la boucle de circuit doit être fermée. 3 On peut émettre l’hypothèse que le circuit électrique de la guirlande lumineuse comporte plusieurs boucles. 4 Le schéma du circuit réalisé est le suivant : + –

5 Les dipôles fonctionnent de manière indépendante car le circuit contient plusieurs boucles : lorsqu’une

boucle est ouverte, le courant circule encore dans les autres boucles.

Un pas vers le bilan

122

Thème 3

© Hachette Livre, Physique-Chimie 5e – Livre du professeur

Lorsque les dipôles sont associés en série, le fonctionnement d’un dipôle dépend du bon fonctionnement des autres dipôles, car ils sont dans la même boucle. Ce n’est pas le cas lorsque les dipôles sont associés en dérivation.

AC TIV ITÉ

7 Quel est le risque d’un court-circuit ?

p. 121 du manuel

Vidéos et animations en lien avec l’activité Vidéo d’un court-circuit (doc. 2) Une vidéo en accès libre permet à l’élève de visualiser une conséquence du court-circuit d’une pile. Si l’expérience n’est pas réalisée en classe, cette vidéo permet à l’élève de poursuivre l’activité. Complément L’expérience peut être réalisée par le professeur à l’aide de papier chewing-gum (type Hollywood Chewing-gum) et d’une pile de 1,5 V. Il est nécessaire de se protéger les mains de la chaleur. Le papier doit être découpé comme sur la vidéo, avec une zone centrale plus étroite. Commentaires sur la stratégie pédagogique proposée L’activité documentaire propose ici de faire un lien avec la sécurité électrique. Elle aborde les dangers d’un court-circuit. Volontairement, nous avons choisi de limiter la notion de court-circuit au court-circuit du générateur. Cette activité permet également de revenir sur les conversions d’énergie, notion déjà abordée dans le module 6. 1 Lors de cette expérience, il y a conversion d’énergie électrique en énergie thermique et en énergie

lumineuse. 2 L’expérience est un court-circuit, car les deux bornes de la pile sont directement reliées par la face externe

du papier de chewing-gum qui est en aluminium, un excellent conducteur électrique. 3 Les deux bornes ont été reliées l’une avec l’autre de manière accidentelle par un conducteur. 4 Un court-circuit peut provoquer un incendie.

Un pas vers le bilan

© Hachette Livre, Physique-Chimie 5e – Livre du professeur

Un générateur est en court-circuit lorsque ses deux bornes sont reliées directement par un très bon conducteur comme par exemple un fil de connexion.

Module 7

123

AC TIV ITÉ

8 Le corps humain conduit-il le courant électrique ?

p. 122 du manuel

Matériel • Une pile ou un générateur. • Une lampe. • Un dispositif testeur de courant (voir ci-dessous). • Des fils de connexion et des pinces crocodile. Vidéos et animations en lien avec l’activité Détecteurs de faibles courants électriques (doc. 2) Une vidéo présente le circuit électrique permettant de détecter de faibles courants électriques. Elle est disponible en intégralité dans le manuel numérique du professeur. Si le matériel n’est pas disponible en classe, cette vidéo permet à l’élève de poursuivre l’activité. Complément Le dispositif permettant de tester les faibles courants électriques a été réalisé et sera commercialisé par la société JCL Électronique (Électrome www.electrome.fr/). Le montage peut être réalisé à l’aide de trois transistors type BD135 associés en montage Darlington.

+ –

Matériau à tester

Boîtier testeur de courant

Commentaires sur la stratégie pédagogique proposée L’activité propose ici de faire un lien avec la sécurité électrique tout en revenant sur la notion de matériau conducteur ou isolant ayant pu être abordée en cycle 3. Elle propose de montrer aux élèves que le corps humain conduit le courant électrique. 1 On réalise l’expérience avec différents matériaux des objets d’une trousse par exemple.

Objet

Gomme

Partie métallique des ciseaux

Pointe de crayon de papier

Papier

Isolant/ conducteur

Isolant

Conducteur

Conducteur

Isolant

2 Le corps humain ne semble pas conduire le courant, car la lampe reste éteinte.



Objet

Gomme

Partie métallique des ciseaux

Pointe de crayon de papier

Papier

Corps humain

Isolant/ conducteur

Isolant

Conducteur

Conducteur

Isolant

Conducteur

Avec le corps humain, la lampe brille. On constate que le corps humain conduit le courant électrique. 4 Une lampe éteinte ne signifie pas qu’aucun courant électrique ne circule. Elle peut ne pas briller si le courant

électrique est trop faible. 5 Le corps humain conduit le courant électrique.

Un pas vers le bilan Les dangers d’une électrisation sont des séquelles allant jusqu’à la mort par électrocution.

124

Thème 3

© Hachette Livre, Physique-Chimie 5e – Livre du professeur

3 On réalise l’expérience avec le testeur de courant.

EX ER CI CE S

Prendre un bon départ Le circuit électrique QCM 1  b. et c. 2  a. 3  b. et c. 4  c.

p. 124 et 125 du manuel

11  Associer dipôle et forme d’énergie Pile  Moteur électrique   Énergie électrique DEL   Énergie cinétique Générateur du collège   Énergie thermique Fer à repasser   Énergie lumineuse Ventilateur  12  Comprendre la notion de courant électrique Dans le circuit électrique présenté, la lampe brille car un courant électrique circule.

5  a. et c. 6  c. 7  Comprendre un schéma 1. Les dipôles présents dans le circuit électrique sont la pile, le moteur et l’interrupteur. 2. La pile fournit l’énergie électrique au circuit. Le moteur tourne en recevant l’énergie électrique (il convertit l’énergie électrique en énergie cinétique). L’interrupteur ouvre ou ferme le circuit électrique.

13  Savoir quand le courant pourra circuler Lorsqu’aucun courant ne circule, la boucle constituant le circuit électrique est ouverte.

8  Schématiser un circuit électrique 1. La pile fournit l’énergie électrique au circuit électrique. 2. Le circuit électrique est le suivant.

14  a. et c.

+ –

Les différents types de circuits QCM 15  b. 16  c. 17  Schématiser un circuit en dérivation Le schéma du circuit électrique est le suivant.

G M 9  Comprendre la notion de boucle 1. Le circuit forme une boucle car il existe le chemin allant de la borne + de la pile à sa borne – en passant par les dipôles récepteurs du circuit. 2. Si le moteur fonctionne, alors un courant électrique circule, donc la boucle est fermée.

18  Schématiser un circuit en série Le schéma du circuit électrique est le suivant. + –

© Hachette Livre, Physique-Chimie 5e – Livre du professeur

10  Comprendre la notion de boucle 1. Le schéma du circuit électrique correspondant au batteur est le suivant. + –

M Remarque : l’interrupteur peut être représenté ouvert ou fermé.

M 2. La position de l’interrupteur n’a pas d’importance dans le circuit.

19  Comprendre des propriétés des circuits 1. Les DEL sont associées en série. Ainsi, si une DEL grille, la boucle est ouverte et la lampe s’éteint. 2. Il faudrait que les DEL soient associées en dérivation pour éviter cet inconvénient.

Module 7

125

EX ER CI CE S La sécurité électrique QCM 20  a. 21  c. 22  Comprendre le court-circuit Vidéo Une vidéo en accès libre montre la réalisation d’un court-circuit d’une pile plate de 4,5 V à l’aide de paille de fer.

126

Thème 3

© Hachette Livre, Physique-Chimie 5e – Livre du professeur

1. La pile est en court-circuit car ses deux bornes sont directement reliées par un très bon conducteur (la paille de fer). 2. Le danger d’un court-circuit est l’incendie.

EX ER CI CE S

Se perfectionner 23  Gadget USB 1. Le circuit permettant de modéliser le gadget est le suivant.

G

p. 126 à 129 du manuel

1. Lorsque le circuit électrique du couteau est fermé, une « résistance chauffante » permet de chauffer la lame du couteau. Il est alors possible de couper le beurre plus facilement. 2. Le circuit modélisant le fonctionnement du couteau est le suivant. + –

2. La lampe convertit de l’énergie électrique en énergie lumineuse. Remarque : On pourra demander à l’élève de citer également «  énergie thermique  » si la notion d’énergie dissipée a été abordée par le professeur au préalable.

24  Éclairage d’une voiture 1. Les feux de croisement sont associés en dérivation, car l’un est défectueux alors que l’autre continue d’éclairer. Ils sont donc placés dans deux boucles différentes du circuit électrique. 2. On les associe en dérivation pour éviter d’avoir à les tester tous si l’un est défectueux et pour que le véhicule continue d’éclairer tout de même en partie (raison de sécurité). 25  Pompe vide-cave 1. Le flotteur à bille sert d’interrupteur dans le circuit électrique de la pompe, car la bille permet d’ouvrir ou de fermer le circuit électrique. 2. La matière qui constitue la bille est conductrice. 3. Il y a un courant électrique lorsque le flotteur est immergé. La bille entre en contact avec les deux bornes métalliques. Ainsi, le circuit électrique est fermé. 26  Hoverboard

© Hachette Livre, Physique-Chimie 5e – Livre du professeur

Une vidéo en accès libre décrit le fonctionnement d’un hoverboard. 1. D’après le texte, les deux moteurs sont associés en dérivation, car ils fonctionnent indépendamment. 2. C’est donc le schéma 1 qui convient car les deux moteurs sont dans deux boucles différentes. 3. 30 minutes = 0,5 heure La vitesse de l’hoverboard est v = d = 6 = 12 km/h. t 0,5 27  A special butter knife Traduction : Un couteau à beurre particulier Il est très difficile de couper du beurre qui sort juste du réfrigérateur ! Un boulanger anglais a inventé un couteau électrique chauffant. Lorsque l’interrupteur est fermé, la lame chauffe jusqu’à 41,8 °C. Le circuit électrique se compose de deux piles et d’une « résistance chauffante » connectées en série.

3. La « résistance chauffante » reçoit de l’énergie électrique et la convertit en énergie thermique.

28  Rotation du moteur 1. Le circuit peut être schématisé de la façon suivante. + –

M 2. La diode a un sens de branchement : elle ne laisse passer le courant électrique que pour un seul sens de branchement, elle ne le laisse pas passer si on inverse le sens de branchement de la pile. 3. La position de la diode dans le circuit n’a pas d’importance.

29  Brosse à dents électrique 1. L’indication portée sur la pile est la tension électrique délivrée par la pile lorsqu’elle est neuve. 2. Lorsque la pile est usée, la tension délivrée par la pile est plus faible que lorsqu’elle est neuve. L’énergie électrique fournie n’est plus suffisante pour faire fonctionner la brosse à dents. 30  Fabrication d’une pile Une vidéo en accès libre montre la fabrication d’une pile et l’incidence de son fonctionnement sur les électrodes. 1. Dans la photographie du doc. 1, le moteur fonctionne. Il reçoit donc de l’énergie électrique. On peut donc affirmer que l’ensemble constitué des deux électrodes et de la solution est une pile. 2. L’électrode de zinc change d’aspect au cours du fonctionnement de la pile. On peut alors affirmer qu’il se produit une transformation chimique lorsque la pile fonctionne. 3. La pile convertit de l’énergie chimique en énergie électrique. 4. Le moteur convertit de l’énergie électrique en énergie cinétique. Module 7

127

EX ER CI CE S Une vidéo en accès libre illustre le fonctionnement du cube lumineux avec les différentes couleurs possibles, ainsi que le fonctionnement des différentes DEL. Tâche complexe Question posée : Rédiger un court texte expliquant comment un cube lumineux peut être de différentes couleurs.

1re étape : Bien comprendre la question posée 1. Qu’est-ce qu’un cube lumineux ? 2. Quel élément du cube produit de la lumière ? 3. Comment peut-on avoir différentes couleurs ?

Grille d’évaluation en fin de module.

32  Un modèle réduit de sous-marin 1. Les moteurs fonctionnent de manière indépendante d’après le texte. Il s’agit donc d’un circuit en dérivation. Le bon circuit schématisé est le 2 . 2. Lorsqu’il se remplit d’eau, le sous-marin devient plus dense que l’eau, donc il coule.

2e étape : Lire et comprendre les documents 1. Un cube lumineux et un dispositif d’éclairage décoratif dont la couleur varie au cours du temps. (doc. 1). 2. L’éclairage est assuré par des DEL qui sont associées en dérivation (doc. 1). 3. Les différentes couleurs du cube sont obtenues par éclairement simultané de DEL de différentes couleurs. (doc. 3). Le cerveau analyse la superposition de couleur comme une nouvelle couleur (doc. 2).

33  Taille-crayon électrique 1. Le circuit ne comporte qu’une seule boucle, car, d’après le texte, les dipôles sont tous associés en série. 2. Le schéma du circuit est le suivant.

3e étape : Dégager la problématique Comment le circuit électrique du cube lumineux permet-il d’obtenir différentes couleurs ?

M

4e étape : Construire la réponse • Déterminer le typer de circuit utilisé. • Expliquer comment le circuit fonctionne. • Expliquer comment les couleurs sont perçues par le cerveau. 5e étape : Rédiger la réponse en trois paragraphes • Présenter le contexte et introduire la problématique. Le cube lumineux est un dispositif décoratif permettant de produire des lumières de différentes couleurs. La lumière est produite par des DEL associées en dérivation. Comment le circuit électrique du cube lumineux permet-il d’obtenir différentes couleurs ? • Mettre en forme la réponse. Comme le dispositif est un circuit en dérivation, chaque DEL est placée dans une boucle de courant qui comprend le générateur, un interrupteur et la DEL. En fermant l’interrupteur de la boucle, la DEL éclaire. Ainsi, en actionnant les différents interrupteurs, il est possible d’éclairer les différentes DEL colorées. La superposition des lumières colorées en provenance des DEL est comprise par le cerveau comme une nouvelle couleur. Par exemple, si K2 et K3 sont fermés, alors les DEL rouges et verte sont allumées. Le cube paraît jaune comme le montre le doc. 2. 128

• Conclure et introduire, quand c’est possible, une part d’esprit critique. Trois DEL de couleurs différentes permettent de produire les lumières du cube. Pour cela, elles sont associées en dérivation et allumées à l’aide de différents interrupteurs.

Thème 3

+ –

3. Il y a circulation d’un courant électrique dans le moteur lorsque l’interrupteur ferme la boucle électrique.

34  Un circuit « hors-série » Une vidéo en accès libre illustre l’exercice. 1. Le circuit schématisé est un circuit en série, car il ne comporte qu’une boucle. 2. Cette vidéo est truquée car pour que les DEL fonctionnent, il faut fermer tous les interrupteurs. Dans un tel circuit, les dipôles ne fonctionnent pas de manière indépendante. Remarque : Le lien proposé aux élèves ne donne pas la solution. La vidéo d’origine postée sur Internet propose en complément l’explication électronique à ce tour de magie. Le lien est disponible dans le manuel numérique de l’enseignant.

35  Projecteur de scène 1. La DEL et le conducteur ohmique sont associés en série, car ils sont sur la même boucle. 2. Le moteur doit être associé en dérivation avec l’ensemble (DEL + conducteur ohmique) pour que son fonctionnement soit indépendant de la DEL.

© Hachette Livre, Physique-Chimie 5e – Livre du professeur

31  Un cube lumineux

EX ER CI CE S

Se perfectionner

5. Si on inverse le sens de branchement de la batterie, le moteur va tourner dans l’autre sens et la DEL restera éteinte car ces dipôles ont un sens de branchement.

G

37  Un stylo magique

M 36  Un hélicoptère 1. Si l’interrupteur est ouvert, la DEL est allumée et le moteur ne tourne pas. 2. Si l’interrupteur est fermé, la DEL est allumée et le moteur tourne. 3. L’ordre des dipôles n’a pas d’importance dans une boucle, donc on ne verra pas de changement si le conducteur ohmique est placé de l’autre côté. 4. Le circuit est le suivant.

Une vidéo en accès libre montre la réalisation d’un circuit électrique à l’aide du stylo. 1. L’encre est conductrice. Elle permet au courant électrique de circuler. 2. Il s’agit d’un circuit en dérivation deux boucles sont schématisées. 3. Le schéma du circuit est le suivant. + –

+ –

© Hachette Livre, Physique-Chimie 5e – Livre du professeur

M

Module 7

129

EX ER CI CE S

Accompagnement personnalisé 38  À chacun son rythme – Le gyropode Une vidéo en accès libre montre le fonctionnement d’un gyropode. 1. La batterie du gyropode contient de l’énergie chimique qu’elle peut convertir en énergie électrique. 2. Le circuit électrique du gyropode permet le transfert de l’énergie électrique jusqu’aux moteurs. 3. Le schéma du circuit électrique fonctionnant sur le principe du gyropode est le suivant : + –

p. 130 et 131 du manuel

41  À chacun son rythme – Lampes de plafonnier 1. Il est nécessaire d’avoir un générateur, deux lampes et un interrupteur. 2. Les lampes doivent être associées en dérivation, car si l’une est défectueuse, l’autre continue d’éclairer. 3. L’interrupteur doit se situer dans la branche principale, car cette branche est commune aux deux boucles du circuit. Il permet donc de commander les deux lampes. 4. Le schéma du circuit est le suivant.

G

M M

39  Expliquer une expérience 1. Étape 1

On dispose d’un circuit électrique avec une pile, une lampe et un interrupteur.

Étape 2

On ferme l’interrupteur.

Étape 3

La lampe brille.

2. a. Lorsque l’interrupteur est ouvert, le courant ne circule pas, donc la lampe ne brille pas. b. Si on ferme l’interrupteur, le courant circule, donc la lampe brille.

40  Décrire une expérience 1. Dans la situation 1, on branche un moteur aux bornes d’une pile, il tourne dans un sens. Dans la situation 2, les bornes de la pile sont inversées et le moteur tourne dans l’autre sens. 2. Entre les deux situations, on a inversé le sens de branchement de la pile. 3. Le moteur électrique a un sens de branchement. Selon son sens de branchement dans le circuit, il tourne dans un sens ou dans l’autre.

130

Thème 3

42  Comprendre le vocabulaire 1. Dans un circuit électrique, une boucle  « fait un tour » allant d’une borne à l’autre de la pile. 2. Voici quelques mots et expressions utilisant le mot circuit dans d’autres domaines : court-circuiter une personne (ne pas tenir compte d’un intermédiaire) ; circuit automobile, circuit de bille, circuit touristique… 43  Analyser sa production 1. La batterie au lithium fournit l’énergie électrique à la visseuse. 2. Le moteur et l’interrupteur sont dans la même boucle, car l’interrupteur permet d’ouvrir ou fermer la boucle et ainsi d’alimenter le circuit électrique. 3. Le moteur fonctionne si l’interrupteur est fermé, donc si le courant circule. L’ensemble des conducteurs constitue alors une boucle fermée. 4. Le circuit électrique est le suivant. + –

M

© Hachette Livre, Physique-Chimie 5e – Livre du professeur

4. La batterie du gyropode contient de l’énergie chimique qu’elle convertit en énergie électrique. Celle-ci est transférée aux moteurs par l’intermédiaire du circuit électrique. Elle est alors convertie en énergie cinétique par les moteurs.

EX ER CI CE S 44  Pour aller plus loin Tâche complexe Question posée : Rédiger un court texte, assorti d’un schéma, expliquant quel circuit électrique peut faire fonctionner le ventilateur à piles. 1re étape : Bien comprendre la question posée 1. Comment le ventilateur à pile fonctionne-t-il ? 2. De quels dipôles son circuit électrique est-il constitué ? 2e étape : Lire et comprendre les documents 1. Le ventilateur à piles fonctionne avec un éclairage et une ventilation indépendante. Le circuit nécessite un dipôle qui ne fonctionne que dans un seul sens (doc. 2). 2. Le circuit électrique du ventilateur de camping comprend une lampe, une pile, un moteur et une diode. Comme le moteur peut fonctionner lorsque la lampe est éteinte, il faut ajouter deux interrupteurs, l’un pour le moteur et l’autre pour la lampe (doc. 1 et 2). 3e étape : Dégager la problématique Comment associer les dipôles qui constituent le ventilateur pour que celui-ci fonctionne comme décrit dans le doc. 1 ?

Accompagnement personnalisé

Au final, on peut proposer ce type de circuit pour expliquer le fonctionnement du ventilateur de camping. Le circuit est le suivant. + –

M

• Conclure et introduire, quand c’est possible, une part d’esprit critique.

Dans ce circuit, le moteur et la lampe sont associés en dérivation. La diode empêche le fonctionnement du ventilateur si les piles sont branchées dans un sens différent. Grille d’évaluation en fin de module.

© Hachette Livre, Physique-Chimie 5e – Livre du professeur

4e étape : Construire la réponse • Citer les dipôles qui constituent le ventilateur à piles et détailler pour chacun son rôle dans le circuit du ventilateur à pile. • Expliquer comment sont associés ces dipôles dans le circuit électrique. • Schématiser le circuit électrique. 5e étape : Rédiger la réponse en trois paragraphes • Présenter le contexte et introduire la problématique. Le ventilateur à pile est un accessoire de camping. Comment sont associés les dipôles qui composent le circuit électrique du ventilateur à pile? • Mettre en forme la réponse. Cet appareil électrique comporte une lampe et un moteur (doc. 1). Le moteur joue le rôle de ventilateur et peut être mis en fonctionnement à l’aide d’un interrupteur. La lampe permet d’éclairer et peut être allumée à l’aide d’un second interrupteur. Une diode (doc. 2) permet d’empêcher le fonctionnement du circuit électrique si les piles sont branchées dans le mauvais sens. Le moteur et la lampe fonctionnent de manière indépendante et sont donc associés en dérivation. Chaque boucle du circuit en dérivation comprend un interrupteur. La diode est placée dans la partie du circuit commune aux deux boucles pour ouvrir l’ensemble des deux boucles si les piles sont branchées dans le mauvais sens.

Module 7

131

CO M PL ÉM EN T Grille d’évaluation par compétence d’une tâche complexe 31 Le cube lumineux Classe : ��������������������������� Nom de l’élève : �����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������

D1.1 Langue française à l’oral et à l’écrit

D4 Les systèmes naturels et les systèmes techniques

D1.3 Langages mathématiques scientifiques et informatiques

D1.1 Langue française à l’oral et à l’écrit

MI

Capacités attendues

MF MS TBM Compétences

Pratiquer des langages.

Pratiquer des démarches scientifiques.

Lire et comprendre des documents scientifiques.

Thème 3

L’élève a su trouver les informations pertinentes lui permettant de répondre aux questions qu’il a posées dans la première étape. Par exemple : Un cube lumineux et un dispositif d’éclairage décoratif dont la couleur varie au cours du temps (doc. 1). L’éclairage est assuré par des DEL qui sont associées en dérivation (doc. 1). Le cerveau analyse la superposition de couleur comme une nouvelle couleur (doc. 2). Les différentes couleurs du cube sont obtenues par éclairement simultané de DEL de différentes couleurs (doc. 3).

Le problème est formulé en termes scientifiques. Identifier des questions Par exemple : de nature scientifique. Comment le circuit électrique du cube lumineux permet-il d’obtenir différentes couleurs ? Mettre en œuvre des démarches propres aux sciences.

Pratiquer des langages.

Passer d’une forme de langage scientifique à une autre.

Pratiquer des langages.

Utiliser la langue française en cultivant précision, richesse de vocabulaire et syntaxe pour rendre compte des observations, expériences, hypothèses et conclusions.

Fichier modifiable disponible dans le manuel numérique.

132

Critères de réussite permettant ­d’attribuer le niveau de maîtrise « TBM »

La stratégie est détaillée et correcte. L’élève doit revenir sur la problématique. Par exemple : • Déterminer le type de circuit utilisé. • Expliquer comment le circuit fonctionne. • Conclure en revenant sur la problématique. Les informations des documents sont traduites en informations scientifiques. Compréhension du schéma.

La consigne est reformulée dans un langage scientifique. Les phrases sont concises ; il n’y a pas de paraphrase des documents ; les connecteurs logiques sont correctement employés. Le vocabulaire employé est adapté, rigoureux et scientifique. Les documents sont cités pour appuyer l’argumentaire. © Hachette Livre, Physique-Chimie 5e – Livre du professeur

Domaines du socle

CO M PL ÉM EN T Grille d’évaluation par compétence d’une tâche complexe 44 Pour aller plus loin Classe : ��������������������������� Nom de l’élève : ����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� Domaines du socle

D1.1 Langue française à l’oral et à l’écrit

D4 Les systèmes naturels et les systèmes techniques

© Hachette Livre, Physique-Chimie 5e – Livre du professeur

D1.3 Langages mathématiques scientifiques et informatiques

D1.1 Langue française à l’oral et à l’écrit

MI

Capacités attendues

MF MS TBM Compétences

Pratiquer des langages.

Lire et comprendre des documents scientifiques.

Critères de réussite permettant ­d’attribuer le niveau de maîtrise « TBM » L’élève a su trouver les informations pertinentes lui permettant de répondre aux questions qu’il a posées dans la première étape. Par exemple : Un ventilateur de camping est un petit ventilateur qui permet également d’assurer l’éclairage dans la tente (doc. 1). Il fonctionne avec un éclairage et une ventilation indépendante. Le circuit nécessite un dipôle qui ne fonctionne que dans un seul sens (doc. 2). Le circuit électrique du ventilateur de camping comprend une lampe, une pile, un moteur et une diode. Comme le moteur peut fonctionner lorsque la lampe est éteinte, il faut ajouter deux interrupteurs, l’un pour le moteur et l’autre pour la lampe (doc. 1 et 2).

Le problème est formulé en termes scientifiques. Identifier des questions Par exemple : de nature scientifique. • Comment associer les dipôles qui constituent le ventilateur pour que celui-ci fonctionne comme décrit dans le doc. 1 ? Pratiquer des démarches scientifiques. Mettre en œuvre des démarches propres aux sciences.

Pratiquer des langages.

Pratiquer des langages.

La stratégie est détaillée et correcte. L’élève doit revenir sur la problématique. Par exemple : • Citer les dipôles qui constituent le ventilateur à piles et détailler pour chacun son rôle dans le circuit du ventilateur à pile. • Expliquer comment sont associés ces dipôles dans le circuit électrique. • Schématiser le circuit électrique. • Conclure en revenant sur la problématique.

Les informations des documents sont Passer d’une forme traduites en informations scientifiques. de langage scientifique Schématisation du circuit. à une autre. Utiliser la langue française en cultivant précision, richesse de vocabulaire et syntaxe pour rendre compte des observations, expériences, hypothèses et conclusions.

La consigne est reformulée dans un langage scientifique. Les phrases sont concises ; il n’y a pas de paraphrase des documents ; les connecteurs logiques sont correctement employés. Le vocabulaire employé est adapté, rigoureux et scientifique. Les documents sont cités pour appuyer l’argumentaire.

Fichier modifiable disponible dans le manuel numérique.

Module 7

133

MO DU LE

8

Les signaux lumineux et les signaux sonores

Programme du cycle 4 Des signaux pour observer et communiquer Attendus de fin de cycle • Caractériser différents types de signaux (lumineux, sonores, radio…). • Utiliser les propriétés de ces signaux.

Connaissances et compétences associées Exemples de situations, d’activités et d’outils pour l’élève Caractériser différents types de signaux (lumineux, sondes, radio…) Utiliser les propriétés de ces signaux Signaux lumineux Distinguer une source primaire (objet lumineux) d’un objet diffusant. Exploiter expérimentalement la propagation rectiligne de la lumière dans le vide et le modèle du rayon lumineux. Utiliser l’unité « année-lumière » comme unité de distance. • Lumière : sources, propagation, vitesse de propagation, année-lumière. • Modèle du rayon lumineux. Signaux sonores Décrire les conditions de propagation d’un son. Relier la distance parcourue par un son à la durée de propagation. • Vitesse de propagation. • Notion de fréquence : sons audibles, infrasons et ultrasons.

L’exploitation de la propagation rectiligne de la lumière dans le vide et le modèle du rayon lumineux peut conduire à travailler sur les ombres, la réflexion et des mesures de distance. Les activités proposées permettent de sensibiliser les élèves aux risques d’emploi des sources lumineuses (laser par exemple). Les élèves découvrent différents types de rayonnements (lumière visible, ondes radio, rayons X…). Les exemples abordés privilégient les phénomènes naturels et les dispositifs concrets : tonnerre, sonar… Les activités proposées permettent de sensibiliser les élèves aux risques auditifs.

Signal et information Comprendre que l’utilisation du son et de la lumière permet d’émettre, de transporter un signal donc une information.

Rappel du programme du cycle 3 Matière, mouvement, énergie, information Connaissances et compétences associées

Exemples de situations, d’activités et de ressources pour l’élève Identifier un signal et une information

134

Thème 4

Introduire de façon simple la notion de signal et d’information en utilisant des situations de la vie courante : feux de circulation, voyant de charge d’un appareil, alarme sonore, téléphone… Élément minimum d’information (oui/non) et représentation par 0, 1.

© Hachette Livre, Physique-Chimie 5e – Livre du professeur

Identifier différentes formes de signaux (sonores, lumineux, radio…). • Nature d’un signal, nature d’une information, dans une application simple de la vie courante.

Progression curriculaire retenue dans les manuels Caractériser différents types de signaux (lumineux, sondes, radio…) Utiliser les propriétés de ces signaux

Signaux lumineux Signaux lumineux Signaux lumineux Distinguer une source primaire (objet Distinguer une source primaire (objet Distinguer une source primaire (objet lumineux) d’un objet diffusant. lumineux) d’un objet diffusant. lumineux) d’un objet diffusant. Exploiter expérimentalement la propaga- Exploiter expérimentalement la propagation rectiligne de la lumière dans le vide tion rectiligne de la lumière dans le vide et le modèle du rayon lumineux. et le modèle du rayon lumineux. Utiliser l’unité « année-lumière » comme unité de distance.

Exploiter expérimentalement la propagation rectiligne de la lumière dans le vide et le modèle du rayon lumineux. Utiliser l’unité « année lumière » comme unité de distance.

• Lumière : sources, propagation, vitesse • Lumière : sources, propagation, vitesse • Lumière : sources, propagation, vitesse de propagation. de propagation, année-lumière. de propagation, année-lumière. • Modèle du rayon lumineux. • Modèle du rayon lumineux. • Modèle du rayon lumineux.

© Hachette Livre, Physique-Chimie 5e – Livre du professeur

Signaux sonores Signaux sonores Signaux sonores Décrire les conditions de propagation Décrire les conditions de propagation Décrire les conditions de propagation d’un son. d’un son. d’un son. Relier la distance parcourue par un son à la durée de propagation. • Vitesse de propagation.

• Vitesse de propagation. • Notion de fréquence : sons audibles.

• Vitesse de propagation. • Notion de fréquence : sons audibles, infrasons et ultrasons.

Signal et information Comprendre que l’utilisation du son et de la lumière permet d’émettre, de transporter un signal donc une information.

Signal et information Comprendre que l’utilisation du son et de la lumière permet d’émettre, de transporter un signal donc une information.

Signal et information Comprendre que l’utilisation du son et de la lumière permet d’émettre, de transporter un signal donc une information.

Module 8

135

Grille d’évaluation des attendus de fin de cycle Classe : �������������������������������������������������� Nom de l’élève : ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� Attendus de fin de cycle : MI : maîtrise insuffisante • Caractériser différents types de signaux (lumineux, sonores, radio…). MF : maîtrise fragile • Utiliser les propriétés de ces signaux. MS : maîtrise satisfaisante TBM : très bonne maîtrise

MI Exploiter expérimentalement la propagation rectiligne de la lumière dans le vide et le modèle du rayon lumineux.

MF

MS

Activités TBM 1, 2

Distinguer une source primaire d’un objet diffusant.

2

Déterminer la vitesse de propagation d’un son.

3

Décrire les conditions de propagation d’un son.

3

Comprendre que l’utilisation du son et de la lumière permet d’émettre, de transporter un signal donc une information.

4

Définir et utiliser l’année-lumière.

1

Savoir que certains rayonnements lumineux sont invisibles par l’Homme.

2

Identifier les avantages de la lumière pour transmettre une information.

3, 5

Caractériser un son audible par sa fréquence.

4

Utiliser la vitesse de propagation d’un son ou d’un rayonnement lumineux pour calculer une distance.

1, 4

Nommer quelques rayonnements invisibles par l’Homme.

2

Caractériser un son audible et un son inaudible (ultrasons, infrasons).

3

Savoir que des rayonnements invisibles, de même nature que la lumière, permettent de transmettre une information.

5

136

Thème 4

© Hachette Livre, Physique-Chimie 5e – Livre du professeur

Fichier modifiable disponible dans le manuel numérique.

AC TIV ITÉ

1 Peut-on observer une éclipse solaire depuis n’importe où sur la Terre ?

p. 135 du manuel

Matériel • Un pointeur laser. • Un brumisateur. Vidéos et animations en lien avec l’activité • Propagation de la lumière (doc. 1) Une vidéo, en accès libre, présente les éléments permettant de réaliser l’expérience. La vidéo complète est disponible dans le manuel numérique du professeur. Si l’expérience n’est pas réalisée en classe, cette vidéo permet à l’élève de poursuivre l’activité. • Une éclipse solaire (doc. 2) Une vidéo, en accès libre, présente le phénomène d’éclipse solaire abordé également dans le module 3. Compléments Nous avons souhaité que la mise en œuvre du protocole expérimental soit validée par le professeur pour respecter les consignes de sécurité liées à la manipulation d’une source de rayonnement laser. Commentaires sur la stratégie pédagogique proposée Cette activité propose d’aborder la notion de propagation rectiligne de la lumière en travaillant sur un phénomène également abordé dans le module 3 : l’éclipse solaire. Les élèves sont amenés à émettre une hypothèse sur la propagation de la lumière. Cette hypothèse les amène à réfléchir sur les endroits éclairés ou non à la surface de la Terre, lors d’une éclipse de Soleil. 1 a. Hypothèse pouvant être formulée : la lumière émise par le laser se propage en ligne droite dans l’air. b. On utilise le brumisateur d’eau pour voir le trajet de la lumière dans l’air. Après avoir allumé le laser, on « vaporise » de l’eau le long du trajet de la lumière. c. La propagation de la lumière est rectiligne. L’hypothèse est validée. 2 a. Une personne située au point A reçoit de la lumière en provenance du point 1, mais pas du point 2 :

Soleil

Lune

1

Terre A B

2



C

b. Une personne située au point B ne reçoit pas de lumière en provenance du Soleil : Soleil

Lune

© Hachette Livre, Physique-Chimie 5e – Livre du professeur

1

Terre A B

2



C

Une personne au point C reçoit de la lumière en provenance du point 2 du Soleil, mais pas du point 1 : Soleil 1

Lune

Terre A B

2

C

Module 8

137

3 On n’observe pas une éclipse solaire depuis n’importe où sur la Terre, car une partie de la lumière du Soleil

peut parvenir jusqu’à la Terre. Le Soleil ne sera pas entièrement masqué.

Un pas vers le bilan La lumière se propage en ligne droite dans le vide ou dans l’air.

Prolongement La zone en rouge à la surface de la Terre bénéficie d’une éclipse solaire totale. Soleil

Lune

Terre

138

Thème 4

© Hachette Livre, Physique-Chimie 5e – Livre du professeur

En rouge la zone d’éclipse totale

AC TIV ITÉ

2 La nuit, tous les points lumineux dans le ciel sont-ils des étoiles ?

p. 136 du manuel

Commentaires sur la stratégie pédagogique proposée Cette activité aborde les notions de source primaire de lumière et d’objet diffusant. Elle permet de réinvestir la notion de propagation rectiligne de la lumière déjà rencontrée lors de l’activité 1. L’élève est également amené à comprendre la condition de visibilité d’un objet. Complément La schématisation en deux dimensions de la pleine Lune dans le doc. 2 peut laisser croire à l’élève que les trois astres sont alignés. Il est important de faire comprendre que, lors d’une pleine Lune, les trois astres ne sont pas alignés. 1 Le schéma présentant la Terre, le Soleil ainsi que la lumière en provenance du Soleil est réalisé ci-dessous. Un

seul rayon lumineux en provenance du Soleil est tracé. Terre

Soleil

2 Depuis la Terre, pour observer le Soleil, il faut qu’une partie de la lumière issue du Soleil arrive sur la Terre. 3 L’aspect de la Lune dans le ciel dépend de sa position par rapport à la Terre et au Soleil. 4 La Lune et Vénus ne produisent pas de lumière, contrairement au Soleil. Le terme d’étoile n’est pas scientifi-

quement exact pour Vénus car elle ne produit pas sa propre lumière : c’est un objet diffusant. 5 La nuit, tous les points lumineux dans le ciel ne sont pas des étoiles car certains, comme Vénus ou la Lune, sont

des objets diffusants.

Un pas vers le bilan

© Hachette Livre, Physique-Chimie 5e – Livre du professeur

Une source primaire émet sa propre lumière, ce qui n’est pas le cas d’un objet diffusant qui renvoie une partie de la lumière qu’il reçoit. Une lampe, un lampadaire, les phares d’une voiture sont des sources primaires de lumière lorsqu’ils sont allumés. Tout objet n’émettant pas sa propre lumière est un objet diffusant.

Module 8

139

AC TIV ITÉ

3 Pourquoi les indiens plaçaient-ils une oreille sur le sol ?

p. 137 du manuel

Matériel • Une cloche à vide. • Un buzzer. Vidéos et animations en lien avec l’activité Expérience de la cloche à vide (doc. 2) Une vidéo, en accès libre, présente l’expérience consistant à placer un buzzer dans une cloche à vide. L’intégralité de la vidéo est accessible dans le manuel numérique du professeur. Elle permet de réaliser l’activité dans son intégralité si le matériel nécessaire n’est pas disponible. Nous avons fait le choix à ce niveau de ne pas utiliser de sonomètre pour éviter de définir le niveau sonore. Commentaires sur la stratégie pédagogique proposée Cette activité aborde les caractéristiques des sons. Elle permet aux élèves de comprendre qu’un son a besoin d’un milieu matériel pour se propager d’une part et que la vitesse de propagation du son dépend du milieu de propagation. L’expérience de la cloche à vide réalisée ou visualisée semble incontournable pour faire passer la nécessité d’un milieu matériel pour la propagation d’un son. 1 Le son émis par le buzzer est plus faible, voire inaudible, lorsqu’on aspire l’air contenu dans la cloche à vide.

Le niveau sonore augmente à mesure qu’on remet de l’air dans la cloche à vide. 2 Le son se propage de proche en proche grâce aux molécules qui composent l’air. S’il n’y a plus d’air, le son ne

peut plus se propager. Le son ne peut donc pas se propager dans le vide. 3 D’après le doc. 3, l’observateur situé au bout du tuyau en acier perçoit d’abord un son en provenance du tube,

puis celui en provenance de l’air. Hypothèse : la vitesse de propagation du son est plus grande dans le métal que dans l’air.



4 La durée mise par le son pour se propager dans les 950 mètres de métal est de 0,2 seconde. Dans ces condi-

tions, la vitesse de propagation vaut : d 950 = = 4 750 m/s. t 0,2 Cette vitesse de propagation est supérieure à celle du son dans l’air qui est de 340 m/s d’après le doc. 1. Le résultat confirme l’hypothèse faite à la question 3. v=



5 Les indiens plaçaient une oreille sur le rail de chemin de fer pour percevoir l’arrivée du train plus rapidement.

Un son nécessite un milieu matériel pour se propager. Sa vitesse de propagation dépend de la nature de ce milieu matériel.

140

Thème 4

© Hachette Livre, Physique-Chimie 5e – Livre du professeur

Un pas vers le bilan

AC TIV ITÉ

4 Comment communiquer

avec des pots de yaourt ?

p. 138 du manuel

Matériel • Des pots de yaourt nettoyés. • De la ficelle de cuisine. • Des ciseaux. • Un G.B.F. • Un haut-parleur. • Une bougie et des allumettes. Vidéos et animations en lien avec l’activité Propagation du son (doc. 1) Une vidéo, en accès libre, présente les éléments nécessaires à la réalisation de l’expérience consistant à placer un haut-parleur en fonctionnement devant une bougie. L’intégralité de la vidéo est disponible dans le manuel numérique du professeur. Si l’expérience n’est pas réalisée en classe, cette vidéo permet à l’élève de poursuivre l’activité. Complément Pour voir la bougie osciller, il est préférable d’utiliser des sons de basse fréquence à un volume sonore assez élevé. Commentaires sur la stratégie pédagogique proposée Cette activité permet d’aborder la notion de chaîne de transmission de l’information. Elle permet également à l’élève de revoir expérimentalement le fait que la propagation d’un son est la propagation d’une vibration. Les notions de signal et d’information ont par ailleurs déjà été abordées en cycle 3. 1 a. En réalisant l’expérience du doc. 1, on constate que la flamme vibre sur le tempo du haut-parleur. b. Le mouvement de l’air est identique à celui de la bougie. Il vibre autour d’une même position. 2 a. Pour pouvoir communiquer correctement, il faut tendre le fil.



b. Lorsqu’on effleure le fond du pot de yaourt, on ressent une vibration. Pour le pot de yaourt de celui qui écoute, c’est la vibration du son, transmise par le fil au fond du pot de yaourt, qui en vibrant restitue le son. 3 Dans les deux cas, le signal est transmis entre un émetteur et un récepteur par le biais d’un fil. Dans le cas

du téléphone, le signal sonore est converti en signal électrique pour être transmis. Dans le « yaourtophone », le son se propage directement dans le fil. 4 Pour communiquer avec des pots de yaourt, il faut les relier à l’aide d’un fil tendu qui permet la transmission

du signal sonore.

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Un pas vers le bilan Émetteur

Transmission de l’information

Récepteur

Module 8

141

EX ER CI CE S

Prendre un bon départ Les signaux lumineux QCM 1  a.

4  a. et b. 5  b. 6  b. 7  Identifier une source lumineuse Les sources primaires et les objets diffusants sont classés dans le tableau ci-dessous. Source primaire Flamme d’une bougie Soleil Écran de télé allumé Étoile

Objet diffusant Livre Terre Lune Yeux de chat

8  Repérer les conditions de visibilité La situation dans laquelle la pomme est visible par l’œil est la situation B . 9  Identifier des sources lumineuses 1. Les sources primaires de lumière sont les spots lumineux et les écrans géants. 2. Pour qu’un spectateur voit l’artiste, il faut que la lumière provenant de l’écran ou diffusée par l’artiste parvienne à ses yeux.

Les signaux sonores QCM 10  a. et b. 11  b. et c. 12  b. 13  Identifier une source sonore Les sources sonores sont les objets 2 (le piano), 4 (le véhicule lorsque le moteur est allumé) et 5 (le casque sonore).

16  Comparer des vitesses 1. a. À une altitude de 5 000 m, la vitesse de propagation du son vaut : d 160 v= = = 320 m/s. t 0,5 b. À une altitude de 10 000 m, la vitesse de propagation du son vaut : d 1 500 v= = = 300 m/s. t 5 2. La vitesse de propagation du son diminue avec l’altitude, du sol jusqu’à 10 000 mètres d’altitude.

La transmission d’informations QCM 17  a., b. et c. 18  a. et c. 19  Identifier un milieu de transmission 1. Le signal transmis aux athlètes est un signal sonore. 2. L’émetteur est l’officiel. Les récepteurs sont les athlètes. 3. Cette information sonore se propage dans l’air. 20  Repérer la nature d’un signal 1. Le signal transmis par le bateau est un signal lumineux. 2. Si le navigateur voit les deux signaux, c’est qu’il se trouve en face du bateau. Le bateau se dirige donc vers lui.

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3  a. et c.

Thème 4

14  Identifier un milieu de propagation Lorsque les dauphins communiquent entre eux, le milieu de propagation du son est l’eau. 15  Calculer une vitesse Dans l’eau, le son parcourt 4 500 mètres en 3 secondes. La vitesse de propagation du son se calcule à l’aide de la relation : d 4 500 v= = = 1 500 m/s. t 3 Dans l’eau, les signaux sonores se propagent à la vitesse de 1 500 m/s.

2  b. et c.

142

p. 140 et 141 du manuel

EX ER CI CE S

Se perfectionner 21  Observer la Lune 1. La Lune est un objet diffusant car elle n’émet pas sa propre lumière. 2. La Lune tourne autour de la Terre qui elle-même est en mouvement par rapport au Soleil. L’aspect de la Lune, appelé phase de la Lune, dépend des positions de la Lune, du Soleil et de la Terre. La Lune n’a donc pas toujours le même aspect dans le ciel. 3. La lumière se propage depuis la Lune dans le vide, puis dans l’air, puis dans le verre des jumelles, puis enfin dans l’air jusqu’aux yeux de l’observateur. 4. La trajectoire de la lumière entre la Lune et la Terre est rectiligne. 22  Guider les bateaux 1. La lampe du phare convertit de l’énergie électrique en énergie lumineuse. 2. La lumière issue du phare se propage dans l’air. 3. La lumière se propage de manière rectiligne entre le phare et le bateau. 23  Un ver luisant Vidéo internet Une vidéo, en accès libre, présente la lumière émise par un ver luisant. 1. Le lampyre émet sa propre lumière. C’est une source primaire de lumière. 2. On modélise le trajet de la lumière par un rayon lumineux. Le rayon lumineux est schématisé par une demi-droite dont la flèche indique le sens de propagation de la lumière.

p. 142 et 143 du manuel

2. Les signaux ne sont pas reçus en même temps car ils n’ont pas la même vitesse de propagation dans l’air. 3. La vitesse de propagation de la lumière est supérieure à celle du son. Les signaux lumineux sont donc reçus en premier.

25  Le mur du son Vidéo internet Une vidéo, en accès libre, présente le passage du mur du son par un avion de chasse. 1. Il se produit une déflagration (un son important) quand l’avion dépasse la vitesse de propagation du son. 2. Le son produit par l’avion se propage dans l’air. Tâche complexe Question posée : À quelle altitude le Rafale se trouve-t-il lorsqu’il vole à sa vitesse maximale ?

1re étape : Bien comprendre la question posée 1. Quelle est la vitesse maximale de cet avion ? 2. Quel lien existe-t-il entre l’altitude et la vitesse de l’avion ? 2e étape : Lire et comprendre les documents 1. La vitesse maximale de l’avion est mach 1,80 (doc. 4). Mach 1,80 signifie que l’avion vole à 1,8 fois la vitesse de propagation du son (doc.  2). On peut calculer cette vitesse en m/s à l’aide des données. L’avion parcourt 1 000 mètres en 1,74 s (doc. 4). 2. La vitesse de propagation du son dépend de l’altitude (doc. 3). Ainsi, la vitesse de l’avion exprimée en Mach dépend de l’altitude.

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3e étape : Dégager la problématique Quelle est la vitesse du son à l’altitude où se trouve l’avion et en déduire la valeur de l’altitude ?

3. Le lampyre utilise de l’énergie chimique pour produire de la lumière.

24  Spectacle son et lumière Traduction : Un orage produit l’éclair et le tonnerre. Ces deux phénomènes sont causés par le même évènement, mais nous observons un délai entre eux car la lumière et le son ne se propagent pas à la même vitesse. La lumière se propage plus rapidement que le son. 1. Un orage produit des signaux sonores et lumineux.

4e étape : Construire la réponse • Calculer la vitesse du Rafale à partir de la distance d que parcourt cet avion durant une durée t. • Sachant que cette vitesse correspond à 1,80 Mach, en déduire la vitesse du son. • Déterminer l’altitude à laquelle se trouve l’avion connaissant la vitesse du son à cette altitude. 5e étape : Rédiger la réponse en trois paragraphes • Présenter le contexte et introduire la problématique. Le Rafale est un avion de chasse capable de voler à une vitesse supersonique de 1,80  Mach, c’est-à-dire à 1,8 fois la vitesse de propagation du son. Quelle est la vitesse du son à l’altitude où se trouve l’avion ? En déduire l’altitude de vol du Rafale. Module 8

143

EX ER CI CE S

Grille d’évaluation en fin de module.

26  Le yaourtophone 1. Le son parcourt un mètre en 0,001 s. La vitesse de propagation dans le fil est donc : d 1 v= = = 1 000 m/s. t 0,001

144

Thème 4

2. Cette vitesse est plus importante que celle de la propagation du son dans l’air qui a pour valeur 340 m/s. 3. 1 B fil

2

A

air

Le milieu 1 est un milieu ordonné : c’est donc un solide. Cela représente le fil du yaourtophone. Le milieu 2 est un milieu dispersé : c’est donc l’air qui est représenté. 4. Dans les solides, les particules sont plus proches les unes des autres. La transmission de la vibration du son est donc plus rapide que dans les gaz.

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• Mettre en forme la réponse. On calcule la vitesse de l’avion  à partir des données du doc. 4. d 1 000 v= = = 575 m/s. t 1,74 L’avion vole à Mach 1,80 : cela signifie que sa vitesse est 1,8 fois celle du son à l’altitude à laquelle il se trouve. La vitesse du son est 1,8 fois plus faible ; ainsi : v 575 vson = avion = = 319 m/s. 1,8 1,8 D’après le tableau du doc. 3, l’avion se trouve à une altitude de 5 000 m. • Conclure et introduire, quand c’est possible, une part d’esprit critique. L’avion se situe à une altitude de 5 000 m. Cette altitude est facilement atteinte par un avion.

EX ER CI CE S

Accompagnement personnalisé 27  À chacun son rythme – Lampe Aldis • Corrigé de l’énoncé détaillé 1. Le signal transmis par la lampe Aldis est un signal lumineux. 2. Le milieu de transmission est l’air. 3. C’est l’œil qui permet de recevoir les signaux lumineux. 4. La chaîne de transmission est la suivante : Lampe Aldis

Signal lumineux transmis dans l’air

Les yeux du récepteur

28  Connaître le vocabulaire 1 La lumière se propage en ligne droite dans un milieu transparent. 2 Le signal sonore est la propagation d’une vibration. 3 Une chaîne de transmission d’une information comprend un émetteur, un récepteur et un milieu de transmission. 4 Une étoile est une source primaire de lumière. 5 La vitesse de propagation, par exemple du son, se calcule à partir de la distance parcourue par ce son connaissant la durée t de propagation à l’aide de la d relation v =  . t 29  À chacun son rythme – Attaque du train Tâche complexe • Corrigé de l’énoncé compact Question posée : Pourquoi coller son oreille sur les rails permet-il à Averell de déceler l’arrivée du train plus tôt ?

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1re étape : Bien comprendre la question posée 1. Dans quels milieux se propage le son émis par le train ? 2. Quelle matière constitue le rail de chemin de fer ? 2e étape : Lire et comprendre les documents 1. Le son se propage dans l’air et dans les rails de chemins de fer (doc. 1). 2. Le rail de chemin de fer est en acier (doc. 1). 3e étape : Dégager la problématique Quelle est la vitesse de propagation du son dans l’air et dans les rails ? 4e étape : Construire la réponse • Calculer la vitesse de propagation du son dans l’air. • Calculer la vitesse de propagation du son dans l’acier. • En comparant les deux vitesses de propagation, expliquer pourquoi Averell pose son oreille sur le rail.

p. 144 et 145 du manuel

5e étape : Rédiger la réponse en trois paragraphes • Présenter le contexte et introduire la problématique. Averell Dalton pose son oreille sur le rail de chemin de fer pour détecter l’arrivée du train. Le son en provenance du train se propage dans le rail de chemin de fer et dans l’air. Quelle est la vitesse de propagation du son dans chacun des milieux ? • Mettre en forme la réponse. Dans l’air, le son parcourt 6 800 mètres en 20 s (doc. 2). Sa vitesse de propagation dans l’air est : d 6 800 vair = = = 340 m/s. t 20 Dans l’acier du chemin de fer, le son parcourt 100 000 mètres en 20 secondes (doc. 2). La vitesse de propagation du son dans l’acier est : d 100 000 = 5 000 m/s. vacier = = t 20 La vitesse de propagation du son est plus importante dans le rail de chemin de fer. • Conclure et introduire, quand c’est possible, une part d’esprit critique. Averell colle son oreille sur le rail de chemin de fer pour entendre le son plus rapidement car la vitesse de propagation du son est plus rapide dans l’acier (5 000 m/s) que dans l’air (340 m/s). Il détecte donc plus tôt l’arrivée du train. Grille d’évaluation en fin de module.

• Corrigé de l’énoncé détaillé 1. Le son émis par le train se propage dans l’air et dans l’acier des rails de chemin de fer. 2. Dans l’air, le son parcourt 6 800 mètres en 20 s (doc. 2). Sa vitesse de propagation dans l’air est : d 6 800 = 340 m/s. vair = = t 20 Dans l’acier du chemin de fer, le son parcourt 100 000 mètres en 20 secondes (doc. 2). Sa vitesse de propagation dans l’acier est : d 100 000 = 5 000 m/s. vacier = = t 20 3. En collant son oreille sur le rail du train, Averell entend alors l’arrivée du son plus rapidement. Il détecte donc plus tôt l’arrivée du train.

30  Analyser sa production 1. Le pointeur laser émet sa propre lumière : c’est une source primaire de lumière. Le joueur renvoie une partie de la lumière qu’ils reçoivent : ce sont des objets diffusants. 2. La propagation de la lumière sortant des armes factices est rectiligne. 3. La fumée dispersée dans le labyrinthe permet de diffuser la lumière en provenance des pointeurs laser. Module 8

145

EX ER CI CE S

31  Rédiger un compte rendu d’expérience Vidéo Une vidéo, en accès libre, présente l’ensemble de l’expérience. Remarque : Les valeurs affichées sur le sonomètre dans la vidéo sont légèrement différentes de celles de la photographie car la disposition du matériel et le temps d’aspiration ne sont pas exactement les mêmes. Il est important de faire comprendre aux élèves que ce ne sont pas les valeurs en elles-mêmes qui sont intéressantes mais leur évolution.

146

Thème 4

Dans la première étape, on place un buzzer et un sonomètre dans une cloche à vide. Le niveau sonore est de 94 dB. Dans la deuxième étape, on enlève une partie de l’air dans la cloche à vide. On constate que le niveau sonore baisse et descend jusqu’à 26,9 dB. On peut conclure que moins il y a d’air, moins le son émis par le buzzer se propage jusqu’au sonomètre. Le son ne se propage donc pas dans le vide.

32  Pour aller plus loin 1. a. Plus le niveau sonore est important et plus le danger l’est également. b. Plus la durée d’exposition à un son important est grande et plus le danger l’est également. 2. Pour un son de 80 dB, la limite de durée d’exposition est de 2 h. Il existe donc une limite de temps. 3. La législation impose un maximum de 105 dB. Lors d’un concert de rock, le niveau sonore est égal à cette valeur. Il est nocif de supporter ce niveau sonore pendant plus de deux minutes. Par conséquent, il peut être dangereux de suivre un concert de rock pendant 2 heures sans protection

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On peut ainsi voir le rayon lumineux produit par l’arme factice. 4. On modélise le trajet par un rayon lumineux représenté par une demi-droite fléchée. 5.

CO M PL ÉM EN T Grille d’évaluation par compétence d’une tâche complexe 25 Le mur du son Classe : ��������������������������� Nom de l’élève : ����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� Domaines du socle

D1.1 Langue française à l’oral et à l’écrit

D4 Les systèmes naturels et les systèmes techniques

D1.3 Langages mathématiques scientifiques et informatiques

MI

Capacités attendues

MF MS TBM Compétences

Pratiquer des langages.

Pratiquer des démarches scientifiques.

Pratiquer des langages.

Lire et comprendre des documents.

Critères de réussite permettant ­d’attribuer le niveau de maîtrise « TBM » L’élève a su trouver les informations pertinentes lui permettant de répondre aux questions qu’il a posées dans la première étape. Par exemple : Doc. 4 : La vitesse maximale de l’avion est mach 1,80. Doc. 2 : Mach 1,80 signifie que l’avion vole à 1,8 fois la vitesse de propagation du son. Doc. 4 : On peut calculer cette vitesse en m/s à l’aide des données. L’avion parcourt 1 000 mètres en 1,74 seconde. Doc. 3 : La vitesse de propagation du son dépend de l’altitude. Ainsi, la vitesse de l’avion exprimée en Mach dépend de l’altitude.

Le problème est formulé en termes scientifiques. Identifier des questions Par exemple : de nature scientifique. Calculer la vitesse du son à l’altitude où se trouve l’avion et en déduire la valeur de l’altitude.

Mettre en œuvre des démarches propres aux sciences.

La stratégie est détaillée et correcte. L’élève doit revenir sur la problématique. Par exemple : • Calculer la vitesse de l’avion. En déduire la vitesse du son. • Déterminer l’altitude à laquelle se trouve l’avion. • Conclure en revenant sur la problématique.

Passer d’une forme de langage scientifique à une autre.

Les informations issues des documents sont interprétées correctement pour répondre à la problématique. Les expressions littérales sont données, les calculs sont justes et les unités sont cohérentes. • Lecture du tableau. d • Utilisation de la relation v =  . t v • Utilisation de la relation Ma = va  .

© Hachette Livre, Physique-Chimie 5e – Livre du professeur

s

D1.1 Langue française à l’oral et à l’écrit

Pratiquer des langages.

Utiliser la langue française en cultivant précision, richesse de vocabulaire et syntaxe pour rendre compte des observations, expériences, hypothèses et conclusions.

La consigne est reformulée dans un langage scientifique. Les phrases sont concises ; il n’y a pas de paraphrase des documents ; les connecteurs logiques sont correctement employés. Le vocabulaire employé est adapté, rigoureux et scientifique. Les documents sont cités pour appuyer l’argumentaire.

Fichier modifiable disponible dans le manuel numérique.

Module 8

147

CO M PL ÉM EN T Grille d’évaluation par compétence d’une tâche complexe 29 À chacun son rythme – Attaque du train Classe : ��������������������������� Nom de l’élève : ����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� Domaines du socle

D1.1 Langue française à l’oral et à l’écrit

MI

Capacités attendues

MF MS TBM Compétences

Pratiquer des langages.

Lire et comprendre des documents.

Critères de réussite permettant ­d’attribuer le niveau de maîtrise « TBM » L’élève a su trouver les informations pertinentes lui permettant de répondre aux questions qu’il a posées dans la première étape. Par exemple : Doc. 1 : Le rail de chemin de fer est en acier (fer). Doc. 1 : Le son se propage dans l’air et dans les rails de chemins de fer.

Le problème est formulé en termes scientifiques. Identifier des questions Par exemple : de nature scientifique. Quelle est la vitesse de propagation du son dans chacun des milieux ? D4 Les systèmes naturels et les systèmes techniques

D1.3 Langages mathématiques scientifiques et informatiques

D1.1 Langue française à l’oral et à l’écrit

Mettre en œuvre des démarches propres aux sciences.

La stratégie est détaillée et correcte. L’élève doit revenir sur la problématique. Par exemple : • Calculer la vitesse de propagation du son dans l’air. • Calculer la vitesse de propagation du son dans l’acier. • En comparant les deux vitesses de propagation, conclure en expliquant pourquoi Averell pose son oreille sur le rail.

Pratiquer des langages.

Passer d’une forme de langage scientifique à une autre. Lire et comprendre des documents scientifiques.

Les informations issues des documents sont interprétées correctement pour répondre à la problématique. Les expressions littérales sont données, les calculs sont justes et les unités sont cohérentes. • Lecture du tableau. d • Utilisation de la relation v =  . t

Pratiquer des langages.

Utiliser la langue française en cultivant précision, richesse de vocabulaire et syntaxe pour rendre compte des observations, expériences, hypothèses et conclusions.

La consigne est reformulée dans un langage scientifique. Les phrases sont concises ; il n’y a pas de paraphrase des documents ; les connecteurs logiques sont correctement employés. Le vocabulaire employé est adapté, rigoureux et scientifique. Les documents sont cités pour appuyer l’argumentaire.

Pratiquer des démarches scientifiques.

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Thème 4

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Fichier modifiable disponible dans le manuel numérique.